JACS：有效调控合成气组成的新方法——Cu-enrichment催化CO2电还原

利用可再生的风电、太阳能发电或富余核电等洁净电能为能源，在常温常用下将CO2转化为高附加值化学品，对CO2的资源化利用和洁净电能的有效存储具有重要的意义。如何设计高效、结构可控的催化剂进而获得产品可调的路径是CO2电催化转化研究中的热点课题。

杨培东教授报道了一种结构可控的Cu-enrichment催化剂，可有效调控CO2电还原合成产物（合成气）的组成。利用欠电位沉积技术在Au表面沉积一层Cu，通过调节Cu的有效覆盖度调变产物CO和H2的比例，如下图所示。

首先对Au电极进行electrochemical roughening处理，使其具有SERS（表面增强拉曼光谱）活性，然后进行Cu的欠电位沉积，获得Cu-enriched的Au电极。CV曲线可明显看出Cu成功地沉积在Au电极表面。SEM表征表明沉积前后催化剂的形貌没有明显的变化；XPS的表征结果证明较宽的UPD窗口使表面Cu/Au的原子比增加。

为了原位控制电化学合成CO的过程，使用拉曼光谱仪对CO2电解过程进行原位检测，如下图所示。该装置能够原位探测到，在不同电压下吸附态CO的C-O振动。随着电压的增加，端位吸附态CO的峰强度和位置发生了变化：吸附态CO密度的增加导致峰强度的增强；在较负的电位下，C-O振动峰位置发生红移，这是电化学反应中的Stark效应所致。

在特定的电压下研究Cu的富集程度对吸附态CO的νc-o的影响，发现随着Cu覆盖度的增加νc-o发生红移，这说明吸附态CO的化学环境发生了变化。用DFT进一步验证了Cu-enriched Au(111) 对吸附态CO的振动峰位置的影响。增加Cu的量使νc-o发生红移，这是由于CO和金属之间的相互作用增强的结果，这和Bader电荷分析的结果是一致的。

对Cu-enriched Au表面对CO和H吸附能进行分析，发现H*更容易吸附在催化剂表面；随着Cu的增加，CO和H在催化剂表面吸附能的差值越来越小，这说明HER和CO2 RR反应的竞争更加激烈。因此，可根据电位有效控制CO2电还原产物CO和H2（合成气）的组成。

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催化开天地愿景：大众有兴趣，可科普催化基本科学知识；本科生能通读，可拓展催化相关知识面；研究生能启发，可碰撞出新的研究火花。