金稳定的铜实现超低电压一氧化碳制乙烯电解中的阳极析氢反应

《Advanced Materials》：Gold-Stabilized Copper Enables Anodic Hydrogen Evolution for Ultralow-Voltage CO-to-Ethylene Electrolysis

　　

从CO₂和CO电化学升级为乙烯通常与氧析出反应(OER)耦合，其高标准还原电位导致在200 mA/cm²下全电池电压超过2.2 V。在此，研究人员探索了一种替代的阳极反应，其中糠醛被氧化为糠酸，该反应具有低起始电位(E₀ ≈ 0.05 V vs. RHE)，并且该反应伴随H₂的析出：即阳极析氢反应(a-HER)。在早期实验中，氧化铜作为a-HER催化剂表现出有限的稳定性(<10分钟)和活性(在0.8 Vcell下为80 mA/cm²)。研究人员利用原位光谱发现，在铜表面形成氢氧化物并失活了所需的a-HER过程。当研究人员筛选候选金属掺杂剂时，发现最佳的是Au，因为它有助于稳定Cu表面，使得能够实现持续a-HER：在0.8 Vcell下达到260 mA cm^?2，并稳定运行16小时。集成到配对CO制乙烯电解槽中，在400 mA cm^?2下实现了0.92 Vfullcell，每吨乙烯需要40 GJ电力，并每吨乙烯联产460 kg H₂。为了与需要额外CO₂-to-CO步骤的CO₂制乙烯报告进行比较，研究人员估计约为69 GJ/ton C₂H₄。

电化学将CO₂和CO转化为乙烯是实现低碳燃料和化学品的重要途径，但传统阴极COR（CO还原）与阳极OER（氧析出反应）耦合导致全电池电压高于2.2 V，能耗高达110–170 GJ/吨乙烯。为降低电压，研究人员探索了