通过调控晶界结构设计的Cu2O催化剂，实现选择性二氧化碳转化为乙酸的过程

《Energy & Fuels》：Grain Boundary-Engineered Cu2O for Selective CO2-to-Acetate Conversion

直接电催化二氧化碳还原制备乙酸在MEA电解器中具有潜力，但副产物多碳化合物形成导致选择性低。本研究通过晶界工程调控铜基催化剂结构，高密度晶界优化活性位点微环境，增强CO中间体吸附并抑制乙烯和乙醇生成，在100 mA/cm2电流密度下实现38%乙酸选择性，稳定运行47小时创中性条件最高纪录，揭示晶界密度与乙酸产率的结构-选择性关联。

　　

在膜电极组件（MEA）电解槽中，直接电催化二氧化碳（CO₂）还原为乙酸（eCO₂RR）为可持续的化学生产提供了一条有前景的途径。然而，由于存在多种多碳物种（C₂₊）的生成途径，实现选择性C–C键合以生成乙酸仍然具有很大挑战性。在此，我们提出了一种晶界工程策略来调节乙酸的选择性。与传统主要生成乙烯和乙醇的铜基催化剂不同，引入高密度晶界从根本上改变了催化剂的局部微观环境。这种结构改性稳定了被吸附的CO中间体，并改变了活性铜位点的局部配位方式，从而抑制了生成乙烯和乙醇的竞争反应路径。结果，在一个5平方厘米的MEA电解槽中，该结构控制方法实现了38%的显著乙酸选择性，并在100 mA cm^–2的电流下稳定运行了47小时，这是在中性条件下最高的乙酸选择性。我们的发现建立了晶界密度与乙酸生成之间的直接结构-选择性关联，突显了晶界工程作为一种强大且可推广的策略，可用于设计实际二氧化碳电解中的缺陷驱动型催化剂。