【原】杨培东院士最新JACS：AgCu在电化学CO2还原中化学和结构演变！

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研究内容

银-铜（AgCu）双金属催化剂在电化学二氧化碳还原反应（CO₂RR）中具有巨大的潜力，是实现碳中和目标的一种有希望的途径。尽管到目前为止已经开发了各种各样的AgCu催化剂，但对这些AgCu催化剂在CO₂RR过程中如何演变的研究相对较少。由于缺乏对其稳定性的深入了解，使得动态催化位点难以捉摸，并阻碍了AgCu催化剂的合理设计。

加州大学伯克利分校杨培东院士团队在碳纸电极上合成了混合和相分离的AgCu纳米颗粒，研究了它们在CO₂RR中的演变行为。结果表明，在CO₂RR条件下，Cu在AgCu中具有高迁移率，其可以通过迁移到双金属催化剂表面、从催化剂上分离并聚结为新颗粒而从催化剂中浸出。Ag和Cu都表现出相分离为富Cu和富Ag晶粒的趋势，富Cu和富Ag晶粒的组成在反应过程中发生差异，并最终接近热力学值，即Ag_0.88Cu_1.12和Ag_0.05Cu_0.95。相关工作以“Chemical and Structural Evolution of AgCu Catalysts in Electrochemical CO₂ Reduction”为题发表在国际著名期刊Journal of the American Chemical Society上。

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研究要点

要点1. 作者首先合成了两种类型的AgCu催化剂，即混合和相分离的AgCu颗粒，系统地探索了它们在CO2RR中的演化行为。这两种类型的催化剂演变成类似的结构，主要是由于Cu在CO₂RR条件下的高迁移率。

要点2. 混合的AgCu催化剂，Cu在CO₂RR过程中从催化剂中浸出，随后在颗粒表面富集或在其他地方作为新颗粒再结晶。相分离的AgCu催化剂，Cu在CO₂RR过程中被腐蚀并迁移到Ag表面，导致类似于在混合AgCu情况下观察到的结构。

要点3. 在催化剂的本体和表面上观察到Ag和Cu之间的分离，突出了AgCu相边界对CO₂RR的重要性。可操作的高能量分辨率X射线吸收光谱研究证实AgCu中Cu的金属态是CO₂RR过程中的催化活性位点。虽然Ag和Cu由于其高不混溶性而通常倾向于随着反应的进行而相分离，但这两种元素在热力学溶解度极限内仍然可以轻微混合以在纳米催化剂中形成富Ag和富Cu的结构域。

该工作提供了对AgCu催化剂在CO₂RR中的化学和结构演变行为的全面理解。

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研究图文

图1. 微波辅助冲击合成混合AgCu催化剂的结构表征。

图2. 混合AgCu催化剂在CO₂RR中的结构演变。

图3. 混合AgCu催化剂在CO₂RR中的组成演变。

图4. 混合和相分离AgCu催化剂的Pb UPD分析。

图5. Ru SAs/GDY/G上NRR作用机制的探讨。

图6. 混合AgCu催化剂在CO₂RR过程中的价态和配位环境的Operando-HERFD-XAS研究。

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文献详情

Chemical and Structural Evolution of AgCu Catalysts in Electrochemical CO₂Reduction

Peng-Cheng Chen, Chubai Chen, Yao Yang, Arifin Luthfi Maulana, Jianbo Jin, Julian Feijoo, Peidong Yang*

J. Am. Chem. Soc.

DOI: 10.1021/jacs.3c00467