双金属催化剂调控高电流密度CO电还原选择性的机制研究

为解决CO电还原反应(CORR)中C2+ 产物与CH4 选择性难以协同提升的难题，研究人员通过引入Ce/Sn构建Cu基双金属催化剂(Cu-sg-Ce/Cu-sg-Sn)，系统调控*CO吸附强度与氢化能力。结果表明：Cu-sg-Ce在–780.3 mA cm–2 高电流密度下实现87.6%的C2+ 法拉第效率(FEC2+ )，而Cu-sg-Sn则倾向生成CH4 (FECH4 =48.3%)。该研究为高活性CORR催化剂设计提供了新思路。

　　

研究背景与意义
在碳中和背景下，CO电化学还原(CORR)因其温和反应条件和可持续特性，成为替代传统高温高压工艺的绿色路径。然而，该技术面临关键瓶颈：高电流密度下，C₂₊
多碳产物与CH₄
的选择性调控存在矛盾——前者依赖CO中间体的高效C–C耦合，后者需快速氢化步骤。现有研究多聚焦单一因素影响，缺乏对CO吸附强度、氢化动力学与C–C耦合协同作用的系统认知，严重制约高活性催化剂的理性设计。

研究方法与技术路线
研究人员采用溶胶-凝胶法制备Cu-sg-Ce/Cu-sg-Sn双金属催化剂，通过X射线衍射(XRD)和X射线光电子能谱(XPS)表征材料结构，结合电化学测试评估性能。利用原位光谱技术追踪*CO吸附行为，通过密度泛函理论(DFT)计算揭示Ce/Sn掺杂对Cu电子结构的调控机制。

研究结果

1. 催化剂表征
   XRD显示Cu-sg-Ce中形成Cu/CeO₂
   /Cu₂
   O多相界面，而Cu-sg-Sn中Sn掺杂导致Cu晶格膨胀(2.5% Cu-Cu间距增加)。XPS证实Cu-sg-Ce富含Cu⁺
   位点，Sn引入则产生电子富集Cu⁰
   。

2. 性能差异机制
   Cu-sg-Ce的CeO₂
   界面增强CO吸附密度(1.8倍于纯Cu)，促进C–C耦合；而Cu-sg-Sn的长Cu-Cu间距削弱耦合能力，使CO持续氢化为CH₄
   。动力学分析表明，Cu-sg-Ce的*CO氢化与耦合能垒差值缩小至0.12 eV，实现高FE_C2+
   。

3. 工业级电流密度表现
   在–1.2 V vs. RHE时，Cu-sg-Ce的j_C2+
   达–780.3 mA cm^–2
   ，且保持>85% FE_C2+
   超过50小时，显著优于文献报道值。

结论与展望
该研究通过Ce/Sn差异化调控Cu电子结构，首次阐明高电流密度下CO吸附-氢化-耦合的协同作用规律：CeO₂
提升CO覆盖度并优化耦合动力学，而Sn掺杂通过几何效应抑制耦合。这项工作为CORR催化剂设计提供了"金属选择-界面工程-性能预测"的全链条策略，发表于《Applied Catalysis B: Environment and Energy》的成果对实现电催化CO转化工业化具有里程碑意义。