使用可再生能源的电化学二氧化碳还原反应（CO₂RR）生产有价值的多碳（C₂₊）产品是一种有前景的碳减排方法。在这项工作中，提出了一种利用磷（P）优异的质子传输和电子结构修饰能力来增强含氢中间体形成的新策略。为了实现这一目标，提出了一种原位电沉积方法来制备P掺杂Cu催化剂。研究发现电沉积电位显着影响P-Cu催化剂的结构和催化性能。具体而言，在- 0.5 V vs. Ag/AgCl 下获得的催化剂对 C₂₊ 产物表现出卓越的 CO₂RR 性能，在 H 型池中，催化剂在40.4 mA cm^-2下实现了 ~ 80.2 % 的法拉第效率 (FE)。此外，该催化剂表现出至少12小时的稳定性。实验和密度泛函理论（DFT）研究表明，P优异的质子传输能力可以显着降低氢化过程的自由能，并且可以改善Cu与碳不成对电子的相互作用，从而实现优异的吸附Cu 的中间体能力和 C₂₊ 产品的高 FE。
 
Fig 1.  (a) CuP-0.5 V 的制备过程和样品示意图。(b) SEM 图像、(c) TEM 图像和 (d) CuP-0.5 V 的 HR-TEM 图像。吸附在 ( e) Cu(111) 和 (f) P 掺杂 Cu(111)。负电荷和正电荷分别用黄色和青色表示。(g) CuP 和 Cu 的 DOS 模式。
 
Fig 2. (a) XRD图谱； (b) 放大的 XRD 图案； (c) Cu LMM 的 XPS； (d) 在不同电位下电沉积样品的 P 2p 的 XPS；(e) 铜箔、Cu-0.5 V、CuP-0.5 V、Cu₂O 和 CuO 的归一化 Cu K 边缘 XANES 光谱； (f) 在不同电位下电沉积样品的相应 k³ 加权 FT-EXAFS 谱。
 
Fig 3. (a) CO₂ 饱和电解质中 Cu-0.5 V 和 CuP-0.5 V 以及 Ar 饱和电解质中 CuP-0.5 V 的 LSV； (b)不同电位下CuP-0.5 V上的FE和部分电流密度； (c) 在不同电位下电沉积 CuP-xV 的 FE 和部分电流密度； (d) 不同电位下电沉积 Cu-0.5 V 的 FE 和部分电流密度。 (e) Cu-0.5 V 和 CuP-0.5 V 的 EIS。(f) CuP-0.5 V 的 FE_C2 和电流密度稳定性。
 
Fig 4. (a) COOH*、(b) CHO*、(c) OCCHO* 在 P-Cu(111) 上的吸附模型。中间体沿反应坐标的结合自由能，遵循 (d) Cu (111) 和 (e) P 掺杂 Cu (111) 上形成 OCCO*、OCCOH* 和 OCCHO* 的三种途径。 (f) 中间体沿反应坐标向 Cu (111) 和 P 掺杂 Cu (111) 上的 OCCHO* 结合的自由能，其中 * 表示催化剂表面上的活性位点。
 
        相关研究工作由华东师范大学Wei Xia、Haihong Wu和 Buxing Han课题组于2023年联合在线发表在《Chem. Eng. J.》期刊上，Boosting promote C₂ products formation in electrochemical CO₂ reduction reaction via phosphorus-enhanced proton feeding，原文链接：https://doi.org/10.1016/j.cej.2023.147735

转自《石墨烯研究》公众号