华中科大Nature：CO电催化还原制备乙酸盐

一、【导读】

乙酸的年产量超过1800万吨，市场价值接近10美元 每年10亿美元。直接水相CO₂电还原制备乙酸盐达到了49%的法拉第效率（FE），但是具有较大的能耗。串联二氧化碳电还原反应（CO₂RR）已经显示出提高电压和乙酸盐盐选择性的潜力，但体系过于复杂。从CO开始减少了复杂性，因为每个CO分子所需的电子数比从CO₂获得相同的产物少两个。当前最先进的CO到乙酸盐盐电转化法具有与直接CO₂RR方法相当的FE，但其全电池电位要低得多，约为4 V，表明具有更低的每吨乙酸盐钾总能耗231GJ的潜力。为了经济可行性，人们的目标是在SOEC和CO到乙酸盐盐反应器之间实现相当高的FE（>90%）。

 二、【成果掠影】

近日，华中科技大学庞元杰教授、加拿大多伦多大学Edward H. Sargent院士和武汉理工大学麦立强教授等人合成了Cu-in-Ag（Cu约占1%）合金材料（Cu/Ag-DA），发现在高^*CO浓度，10 atm压力下，从CO电合成乙酸盐具有高度选择性。Operando X射线吸收光谱表明，原位产生的铜簇由小于4个原子作为活性位点。实验结果显示，与之前最好的报道相比，在从CO电还原反应中观察到的所有其他产物中，乙酸的选择性增加了一个数量级。结合催化剂设计和反应器工程，研究人员实现了CO-to-乙酸的法拉第效率为91%，在连续工作820h后，法拉达效率仍为85%。相关研究成果以“Constrained C₂ adsorbate orientation enables CO-to-acetate electroreduction”为题发表在国际知名期刊Nature上。

三、【数据概览】

图1  CO-to-乙酸盐电催化剂设计 © 2023 Springer Nature

图2  Cu/Ag-DA纳米粒的结构分析 © 2023 Springer Nature

图3  XAS分析 © 2023 Springer Nature

图4  在压力下Cu/Ag-DA材料的CO电还原 © 2023 Springer Nature

四、【成果启示】

本研究将理论指导的催化剂策略和反应器设计结合起来，以调节催化剂的微环境。研究人员发现，将Cu/Ag-DA催化剂材料与高压CO气体相结合会导致对单齿^*C=C=O吸附物的偏好，从而在高^*CO浓度下选择性地生成乙酸，导致生成乙酸的FE达到91%。

原文详情：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。