通过二氧化碳还原选择性且节能地合成乙烯

通过电化学还原二氧化碳(CO 2)合成碳基化学品已成为近期众多能源研究工作的关键目标。虽然这些研究取得了有希望的结果，能够生产各种广泛使用的化学品，但大多数提出的方法表现出较差的能源效率和选择性。

例如，所提出的将CO 2电化学还原成烃乙烯的方法迄今为止尚未实现理想的能量效率和稳定性。这阻碍了它们作为传统石化方法生产乙烯的替代品的广泛部署，而传统石化方法对环境有不利影响。

蒙彼利埃大学和其他研究所的研究人员最近着手通过功能化促进还原反应的催化剂还原CO 2来促进乙烯的选择性和节能合成。他们发表在Nature Energy上的论文介绍了一种使用芳基重氮盐(目前用于合成各种有机化合物的无色物质)对铜 (Cu) 催化剂进行功能化以还原 CO 2的策略。

Huali Wu、Lingqi Huang 及其团队表示：“虽然通过电化学还原 CO 2生产多碳产品已取得进展，但乙烯 (C 2 H 4 )的选择性较低，导致能源效率低下和下游分离成本高”。同事们在论文中写道。“我们用各种取代芳基重氮盐对铜催化剂进行功能化，以提高多碳产品的选择性。”

在计算和实验中，吴、黄和他们的合作者发现不同的芳基重氮盐可以帮助调整铜的氧化态。使用这些盐，他们能够将催化剂功能化到膜电极组件(MEA)电池中，膜电极组件(MEA)电池是燃料电池的主要组成部分，可促进所需的电化学反应，包括支持 CO 2还原的反应。

研究人员在一系列实验中测试了带有定制铜位点的 MEA 流动池的性能。他们发现，他们的功能化策略提高了CO 2还原生产乙烯的能量效率和稳定性。

研究人员写道：“通过计算和操作光谱，我们发现 Cu 表面氧化态(δ + ，其中 0 <� δ <� 1)可以通过功能化进行调节，并且它会影响对 C 2 H 4的选择性。”

“我们报告，在部分氧化的 Cu 0.26+上，C 2 H 4的法拉第效率和比电流密度分别高达 83 ± 2% 和 212 mA cm -2。使用 CO 气体进料，我们证明了能源效率约 40%，C 2 H 4法拉第效率为 86 ± 2%，对应于CO 到 C 2 H 4转化反应的低电功耗 25.6 kWh Nm -3。”

该研究小组最近的研究引入了一种新的有前途的策略，利用铜的价态工程，能够从 CO 2高效且稳定地电合成乙烯。该策略可能很快就会得到完善和进一步验证，可能有助于未来转向更可持续的方法来大规模生产乙烯。

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