CO2電解法生產乙烯、乙醇、乙酸等多碳(C2+)產品極具吸重力，但碳利用率低。透過將CO2還原成CO，再進行CO電解，為C2+生產提供了一條高效的途徑。與CO2電解相比，CO電解更有利於C-C耦合，因為CO的覆蓋率更高。然而，由於CO電解產生特定C2+的反應途徑非常復雜，選擇性生產C2+產物仍然具有挑戰性。CO2/CO電解選擇性控制的研究主要集中在催化劑結構的尺寸、形狀、組成、缺陷、氧化狀態以及奈米和原子尺度的低配位等方面。同時，影響中尺度物種遷移的因素，如鄰近效應也同樣重要，但往往被忽視。
近日，
中國科學院大連化物所高敦峰
課題組采用一種簡便的方法，將Cu奈米粒子與黑碳物理混合，制備出平均粒子間距可調的Cu奈米粒子瓦斯擴散電極(GDEs)，並研究了在工業相關電流密度下粒子間距對CO電解產物選擇性的影響。值得註意的是，增加Cu奈米顆粒在催化劑層中的平均顆粒間距可以提高對乙酸鹽的選擇性。
實驗和數值計算結果表明，較大的顆粒間距離增加了Cu奈米顆粒附近的局部pH值和局部CO濃度，這是由於中尺度上顆粒間CO擴散減弱，從而導致CO電解產生乙酸的改善。
透過進一步耦合外部反應條件(即CO壓力升高和陽極液濃度升高)，乙酸鹽法拉第效率(FE)和部份電流密度分別達到77.5%和705 mA cm-2。此外，在施加的電流密度為300 mA cm-2和0.5 MPa CO進料條件下，在1.0 M KOH中測量Cu奈米粒子電極的穩定性。結果表明，在110小時的反應過程中，電池電壓穩定在2.4 V左右，乙酸鹽FE穩定在70%左右。
總體而言，該項工作證實透過耦合催化劑的介觀設計和外部過程強化，可以在工業相關條件下選擇性生產特定的產物。
Interparticle distance matters for selectivity control in industrially relevant CO electrolysis. ACS Energy Letters, 2024. DOI: 10.1021/acsenergylett.4c01203
