華中科大Nature：CO電催化還原制備乙酸鹽

一、【導讀】

乙酸的年產量超過1800萬噸，市場價值接近10美元?每年10億美元。直接水相CO₂電還原制備乙酸鹽達到了49%的法拉第效率（FE），但是具有較大的能耗。串聯二氧化碳電還原反應（CO₂RR）已經顯示出提高電壓和乙酸鹽鹽選擇性的潛力，但體系過于復雜。從CO開始減少了復雜性，因為每個CO分子所需的電子數比從CO₂獲得相同的產物少兩個。當前最先進的CO到乙酸鹽鹽電轉化法具有與直接CO₂RR方法相當的FE，但其全電池電位要低得多，約為4 V，表明具有更低的每噸乙酸鹽鉀總能耗231GJ的潛力。為了經濟可行性，人們的目標是在SOEC和CO到乙酸鹽鹽反應器之間實現相當高的FE（>90%）。

?二、【成果掠影】

近日，華中科技大學龐元杰教授、加拿大多倫多大學Edward H. Sargent院士和武漢理工大學麥立強教授等人合成了Cu-in-Ag（Cu約占1%）合金材料（Cu/Ag-DA），發現在高^*CO濃度，10 atm壓力下，從CO電合成乙酸鹽具有高度選擇性。Operando X射線吸收光譜表明，原位產生的銅簇由小于4個原子作為活性位點。實驗結果顯示，與之前最好的報道相比，在從CO電還原反應中觀察到的所有其他產物中，乙酸的選擇性增加了一個數量級。結合催化劑設計和反應器工程，研究人員實現了CO-to-乙酸的法拉第效率為91%，在連續工作820h后，法拉達效率仍為85%。相關研究成果以“Constrained C₂ adsorbate orientation enables CO-to-acetate electroreduction”為題發表在國際知名期刊Nature上。

三、【數據概覽】

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圖1? CO-to-乙酸鹽電催化劑設計 ? 2023 Springer Nature

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圖2 ?Cu/Ag-DA納米粒的結構分析 ? 2023 Springer Nature

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圖3 ?XAS分析 ? 2023 Springer Nature

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圖4 ?在壓力下Cu/Ag-DA材料的CO電還原 ? 2023 Springer Nature

四、【成果啟示】

本研究將理論指導的催化劑策略和反應器設計結合起來，以調節催化劑的微環境。研究人員發現，將Cu/Ag-DA催化劑材料與高壓CO氣體相結合會導致對單齒^*C=C=O吸附物的偏好，從而在高^*CO濃度下選擇性地生成乙酸，導致生成乙酸的FE達到91%。

原文詳情：Constrained C₂ adsorbate orientation enables CO-to-acetate electroreduction (Nature, 2023, DOI: 10.1038/s41586-023-05918-8)

本文由大兵哥供稿。