稀土氢氧化物介导的水活化驱动氢溢流促进不对称C-C耦合实现CO2电还原高效合成多碳化学品

本文报道了一种通过稀土氢氧化物（RE(OH)3）修饰铜基催化剂（CuO）的创新策略，利用异质界面水活化驱动氢溢流（hydrogen spillover），显著提升CO2电还原反应（eCO2RR）中多碳产物（C2+）的选择性。Sm(OH)3/CuO催化剂在500 mA cm-2电流密度下实现77.2%的C2+法拉第效率，并通过促进CO中间体氢化和不对称CO–*CHO耦合路径，为碳中和技术开发提供新思路。

　　

Highlight

本研究通过构建稀土氢氧化物/氧化铜（RE(OH)₃/CuO）异质界面，首次揭示了水分子活化与氢溢流效应对CO₂电还原中多碳（C₂₊）产物生成的调控机制。

Results and Discussion

以Sm(OH)₃/CuO-5为模型催化剂（图1a），水热法合成的材料展现出独特的纳米片-纳米线分级结构。电化学测试显示，Sm修饰使C₂₊产物选择性提升至77.2%，同时抑制析氢反应（HER）。原位光谱和动力学同位素效应实验证实，Sm(OH)₃界面通过降低水分解能垒（ΔG_H2O = 0.42 eV），促进活性氢（*H）向Cu表面迁移，形成"氢水库"效应。

密度泛函理论（DFT）计算表明，氢溢流驱动的CO氢化生成CHO是关键步骤，其与相邻CO的不对称耦合能垒（0.89 eV）显著低于对称CO–CO路径（1.37 eV）。这种"氢接力"机制使得Cu表面始终保持高CO覆盖度，最终实现乙烯/乙醇选择性比例从CuO的1.8提升至3.4。

Conclusion

该工作不仅为CO₂转化催化剂设计提供了"界面水工程"新范式，更通过稀土元素4f轨道特性与铜d-band中心的协同作用，开创了氢转移调控的新维度。