构建中继Cu-Ag共催化体系，高效电催化CO转化

将CO2/CO(CO(2)-EC)在环境条件下电转化为高附加值含氧化合物，为将“废物”转化为“宝藏”提供了一个有前途的解决方案。其中，Cu催化剂可以通过CO-EC将CO转化为多碳化合物。在环境条件下，提高CO-氧化合物电化学途径的选择性越来越受到人们的关注。根据最新的文献报道，通过对Cu催化剂进行修饰改性，CO-EC的选择性高达80%。然而，当施加的电流密度超过400 mA cm-2时，由于竞争性HER和乙烯的优选生产，目标产物的选择性降低到50%以下。因此，为了获得高的法拉第效率，尤其是在安培级电解条件下，在CO的选择性加氢过程中平衡HER的动力学非常关键。

近日，新加坡国立大学罗健平(LOH Kian Ping)、天津大学张兵和四川大学李红娇等利用Ag在液相中对CO的强吸附作用，设计并构建了具有丰富Ag中心和Ag-Cu界面的Cu-Ag双金属催化剂。

基于一系列表征结果，研究人员提出了Cu-Ag催化剂的反应机理：在CO-EC过程中，Ag有效地捕获CO并将其转化为含氧化合物COH*前体。随着反应的进行，COH*从Ag转移到Cu，并且COH*与Cu上产生的*CHx偶联，这不仅增强了含氧化合物的产生，而且阻断了HER的活性位点；同时，COH*中间体在Cu上的富集和HER的抑制有助于减少乙烯生成。最后，当Ag上COH*的生成速率与Cu上COH*的消耗速率相匹配时，氧化物的生成速率最大。

当在1.0 A cm-2的高电流密度下测试最佳Cu/30Ag的性能时，由于传质限制，氧化物法拉第效率(FE)迅速下降到36%；通过提高阴极电解质速率以增强传质，FE可以进一步提高到61%，(相当于610 mA cm-2的部分电流密度)。以乙酸和乙醇为主要产物，在1.2 A cm-2的电流密度下得到88%的FEC2+。

此外，当使用膜电极组件时，Cu/30Ag催化剂在500mA cm-2电流密度下连续运行28小时而没有表现出明显的活性下降。综上，该项工作阐明了复合材料中Ag中心对于CO高效捕获和中间产生的必要性，以及Cu和Ag之间的界面对于串联反应中间体转移的重要性。此外，还揭示了高效串联反应复合材料中产氧选择性与最佳Cu/Ag比存在的关系。

High yield electrosynthesis of oxygenates from CO using a relay Cu-Ag co-catalyst system. Nature Communications, 2024. DOI: 10.1038/s41467-024-48083-w