随着全球温室气体排放持续攀升,如何高效利用CO2已成为能源与材料领域的迫切难题。电化学CO2还原(CO2RR)因能够在常温常压下将CO2 转化为高附加值化学品,被视为实现“碳循环”的关键技术。其中,铜基催化剂因独特的C–C 偶联能力,被广泛用于生成乙烯等多碳产物。然而在工业化条件下,碱性体系中CO2会与局部高 pH 环境快速反应生成(生)碳酸盐,不仅降低CO2利用率,还严重缩短电解器寿命。虽然酸性介质能避免这一问题,但在强酸条件下又面临氢析出反应竞争强、C–C 偶联动力学受抑、需要极高过电位等瓶颈。如何在强酸体系中提升CO2生成多碳产物的活性与选择性,长期以来是行业难题。
为突破这一限制,苏州大学李彦光教授联合王璐教授引入一个简单却出乎意料有效的策略:利用表面吸附的碘离子(I-)对铜催化剂进行原位调控。研究发现,当通过电解液引入I-时,它们能够在CO2RR 条件下稳定地吸附在铜表面,显著提高乙烯选择性,使其几乎翻倍,并降低高达300 mV的反应过电位。机理研究显示,碘离子诱导了一种此前未被发现的不对称OC–COOH 偶联路径。进一步结合银合金化和电解液优化后,体系在-1.08V(RHE)下实现了940 mA cm-2的C2+部分电流密度,并展现出优异的稳定性。这项工作为酸性条件下CO2电催化提供了全新的机理视角和设计策略。相关成果以“Enhanced CO2 electroreduction to multi-carbon products in strong acid induced by surface-adsorbed iodide ions”为题发表在《Nature Energy》上,Xue Ding, Binbin Pan, Baojie Fan, Qinghan Yu.为共同第一作者。
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