【摘 要】
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电化学还原二氧化碳（CO2RR）制备高附加值化学品和燃料被认为是解决环境和能源问题的有效方法。然而,由于CO2RR涉及到多个质子电子转移过程和C-C耦合反应,因此选择性地将CO2还原为高能量密度的C2+产物仍具有较大的挑战。基于顺序催化机理,本研究分别制备了两种Au修饰的Cu2O催化剂（AuxCu2O、AuxCu2O-Ⅰ）,通过提高*CO关键中间体的生成和停留时间,加速C-C耦合反应的进行,从而有
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电化学还原二氧化碳（CO2RR）制备高附加值化学品和燃料被认为是解决环境和能源问题的有效方法。然而,由于CO2RR涉及到多个质子电子转移过程和C-C耦合反应,因此选择性地将CO2还原为高能量密度的C2+产物仍具有较大的挑战。基于顺序催化机理,本研究分别制备了两种Au修饰的Cu2O催化剂（AuxCu2O、AuxCu2O-Ⅰ）,通过提高*CO关键中间体的生成和停留时间,加速C-C耦合反应的进行,从而有效促进乙烯（C2H4）的生成。首先采用液相还原法制备尺寸为150～180 nm的实心Cu2O立方体,利用电置换反应和线性伏安扫描（LSV）预还原处理,成功制备出AuxCu2O复合电催化剂。Cu2O和AuxCu2O表面均形成Cu+和Cu~0共存状态,并且Au纳米颗粒的引入有利于提高Cu2O稳定性。CO2RR性能测试结果表明:与Cu2O相比,AuxCu2O复合电催化剂对CO和C2H4的选择性明显增强。其中,在相比于可逆氢电极-1.3V电位下（-1.3 V vs.RHE）,Au0.02Cu2O的C2H4法拉第效率（FE）最优,达到24.4%,分别是另外两种AuxCu2O和纯Cu2O的2～2.5倍和5倍。这说明优化的Au/Cu原子比是实现Au和Cu2O高效顺序催化,促进C-C耦合反应的必要条件。此外,在高电位下深度预还原得到的Au0.02Cu2O(HPR-Au0.02Cu2O)上C2H4法拉第效率仅为LSV预还原Au0.02Cu2O的一半,表明Cu+和Cu~0混合活性位点间的协同作用可以促进C-C耦合反应进行,进一步促进C2H4的生成。对实心Cu2O立方体进行酸蚀刻成功制备出疏松多孔结构Cu2O（Cu2O-Ⅰ）,随后采用电置换反应和LSV预还原处理成功制备出多孔AuxCu2O（AuxCu2O-Ⅰ）复合电催化剂。CO2RR性能测试结果表明:相比于Cu2O和破碎结构Cu2O（Cu2O-Ⅱ）,Cu2O-Ⅰ催化剂显著提高对CO和C2H4选择性。此外,在-1.1 V vs.RHE电位下,AuxCu2O-Ⅰ对C2H4的选择性均可达到6.0%,并且在-1.3 V vs.RHE电位下,Au0.01Cu2O-Ⅰ复合电催化剂对C2H4的选择性可达到22.0%,说明AuxCu2O-Ⅰ对C2H4具有更小的生成起始电位和更高的选择性。以上结果表明优化的Au/Cu原子比可以为催化剂表面提供较高的CO浓度,而疏松多孔的结构可以延长*CO中间体的停留时间,有利于促进C2H4的生成。
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