高浓度电解液在铜电极上驱动 CO2转化为 C2H4中的协同效应：优化电化学 CO2还原路径

为解决电化学 CO2还原（ECO2R）中产品选择性及分离成本问题，研究人员开展高浓度电解液对铜电极上 CO2还原影响的研究。结果显示，7.1 M HCOOK 电解液使 C2H4/CO 的法拉第效率（FE）比提升 9 倍，对理解反应机制意义重大。

　　电化学二氧化碳（CO₂）还原是直接利用 CO₂的关键方向。提升产物选择性、降低产物分离成本，对电化学 CO₂还原（ECO₂R）的大规模应用十分关键。很多研究聚焦优化电催化剂性能，其实调节电解液成分也能改变产物分布。以往研究多关注常规低浓度水性电解液，此次研究假设高浓度水性电解液能调整催化剂 / 电解液界面的微环境，提升产物选择性。研究发现，使用高浓度水性电解液，能提高铜电极上 C₂H₄和 CO 的产物比例。通过机理研究发现，改变阳离子和阴离子浓度，不仅会影响电解液整体性质（如 pH 值、CO₂溶解度）和铜表面的形态演变，还会调节?CO 中间体的结合模式以及 C-C 耦合的能垒。这些影响最终使得 C₂H₄相对于 CO 的选择性增加。所以，在改变 CO₂R 条件时，要充分考虑其对电解液整体性质和电极 - 电解液界面的影响。相较于 1M HCOOK 的常规电解液浓度，在铜气体扩散电极上，使用 7.1M HCOOK 的高浓度电解液，在相对于可逆氢电极（RHE）为 - 1.08V 的电位下，C₂H₄/CO 的法拉第效率（FE）比从 2.2±0.3 提升到 18.3±4.8 。基于电化学分析和从头算分子动力学（AIMD）模拟，阳离子和阴离子的种类及浓度，在控制 CO₂R 反应路径方面，比电解液的整体 CO₂溶解度和整体 pH 值更为重要。原位衰减全反射表面增强红外吸收光谱（ATR-SEIRAS）显示，与 1M HCOOK 不同，在 7.1M HCOOK 电解液中，铜上的?CO 桥式结合模式占主导，这可能减少 CO 的释放，提高 C₂H₄的产率。该研究表明，虽然可以通过调整电解液成分改变产物选择性，但控制产物选择性的因素众多，无法简单归结为单一的性质 - 反应性关系。