铜纳米晶尺寸与晶面协同调控提升静态体系中CO2电还原性能的研究

来自某研究团队（作者单位未明确）的科学家们通过调控铜纳米晶的尺寸和晶面取向，系统研究了其对静态H-cell体系中CO2电还原反应(CO2RR)的选择性影响。研究发现：具有{100}晶面的大尺寸BF晶型优先生成乙烯（60% FE@?90?mA?cm?2），而小尺寸TR晶型则倾向生成甲酸（85% FE@?39?mA?cm?2）；相同尺寸但{111}晶面的SP晶型主要产CO（78% FE@?35?mA?cm?2）。结合原位拉曼光谱和密度泛函理论(DFT)，揭示了尺寸效应与晶面工程对反应路径的协同调控机制，为静态体系催化剂设计提供了新范式。

　　

这项突破性研究揭示了铜纳米催化剂在静态电化学体系中的尺寸-晶面协同效应。三种不同形貌的铜纳米晶——具有{100}晶面的大尺寸血流状(BF)、相同尺寸但{111}晶面的球形(SP)，以及不同尺寸的{100}晶面三角状(TR)——展现出截然不同的CO₂还原性能。有趣的是，尽管BF和TR共享{100}晶面取向，但尺寸差异导致BF优先催化C₂路径生成乙烯（法拉第效率≈60% @?90?mA?cm^?2），而TR则倾向C₁路径产生甲酸（85% FE）。SP晶型凭借独特的{111}晶面优势，高效催化CO生成（78% FE）。通过实时捕捉反应中间体的原位拉曼光谱，结合密度泛函理论(DFT)计算能垒，研究团队首次在分子层面阐明了尺寸效应如何与晶面特性协同调控关键中间体吸附能，从而决定反应路径选择。这项发现为突破静态反应体系效率瓶颈提供了新思路，无需添加剂或复杂修饰即可实现催化剂性能精准调控。