Bi2O3改性的Cu催化剂在CO2电还原过程中提高乙醇选择性

《ACS Applied Energy Materials》：Bi2O3-Modified Cu Catalysts for Enhanced Ethanol Selectivity in CO2 Electroreduction

Bi2O3修饰的Cu催化剂通过稳定Cu+活性位点，增强CO2^-和CO吸附，促进C-C偶联，在CO2RR中选择性生成乙醇，法拉第效率达25%，电流密度125 mA cm-2，能量效率16%。

　　

电化学CO₂还原反应（CO₂RR）为将CO₂转化为高附加值化学品提供了一条可持续的途径。在现有的催化剂中，基于铜的体系在高效生成C₂₊产物方面具有独特优势。然而，选择性调控产物分布仍然是一个主要挑战。本文报道了一种经过Bi₂O₃改性的Cu催化剂（Cu/Bi₂O₃），该催化剂能够实现CO₂向乙醇（EtOH）的选择性还原。在CO₂RR反应条件下，催化剂会发生自发重构，使得Bi₂O₃在Cu表面均匀分布。在膜电极组件（MEA）型电池中，Cu/Bi₂O₃催化剂的C₂₊选择性超过了50%，乙醇的法拉第效率（FE_EtOH）达到了25%。乙醇与乙烯的转化比达到了1.4，是原始Cu催化剂的2倍以上。该催化剂在2.6 V电压下表现出较高的乙醇电流密度（j_EtOH）为125 mA cm^–2，以及16%的乙醇能量效率（EE_EtOH）。原位拉曼光谱分析表明，Bi₂O₃改性增强了Cu⁺活性位点的稳定性，从而提高了*CO₂^–和*CO中间体的吸附能力，并促进了C–C键的形成。此外，Bi₂O₃的修饰还提高了乙醇形成过程中关键中间体（*OCHCH₃）的稳定性及氢化效果，从而使反应路径更倾向于生成乙醇而非乙烯。