多級(jí)鈀-銅-銀多孔納米花作為高效電催化劑催化CO2還原為C2+產(chǎn)物

摘要：近年來(lái)，具有可控元素分布的銅基多金屬納米晶作為CO2還原反應(yīng)（CO2RR）的電催化劑，受到了廣泛研究。通過(guò)對(duì)銅電催化劑進(jìn)行二次甚至多次的金屬元素修飾，能夠有效改變其整體d帶結(jié)構(gòu)并引起d帶中心的位移。這種變化可以影響銅對(duì)關(guān)鍵中間體的表面親和力，從而影響后續(xù)的催化途徑。除了調(diào)整電子結(jié)構(gòu)，形貌工程也成為提高CO2RR電催化性能的有效手段。相對(duì)于隨機(jī)形狀的球形顆粒，基于二維納米片構(gòu)建的三維多孔結(jié)構(gòu)有利于最大限度地暴露表面原子，為催化過(guò)程中產(chǎn)生的關(guān)鍵中間體提供豐富的擴(kuò)散通道和反應(yīng)中心。然而，通過(guò)設(shè)計(jì)合成路線構(gòu)建這種類(lèi)型的納米結(jié)構(gòu)是一項(xiàng)技術(shù)挑戰(zhàn)，傳統(tǒng)的分步自組裝策略耗時(shí)且難以精確控制結(jié)構(gòu)。因此，我們的研究旨在實(shí)現(xiàn)高純度的合成方法，制備這種獨(dú)特的納米結(jié)構(gòu)，并精確調(diào)控元素組成和電子結(jié)構(gòu)，以探索結(jié)構(gòu)優(yōu)勢(shì)與CO2RR電化學(xué)性能改善之間的潛在關(guān)系，具有重要的應(yīng)用價(jià)值。在此研究中，我們合理設(shè)計(jì)了鈀-銅-銀（Pd-Cu-Ag）納米晶的二維-三維雜化結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)了可控的合成過(guò)程，并驗(yàn)證了其在電化學(xué)CO2還原中的應(yīng)用潛力。合成過(guò)程中，通過(guò)使用封裝劑十八烷基三甲基氯化銨，成功地將Au@CuxO納米球轉(zhuǎn)化為層狀CuAg納米花（HNFs）。有趣的是，該過(guò)程中原位形成了作為構(gòu)建單元的納米薄片。通過(guò)對(duì)CuAg HNFs與Na2PdCl4進(jìn)行電偶置換，除去了Ag和Cu，引入了零價(jià)的Pd，并在納米片上形成了大量孔隙。我們對(duì)這些CuAg電催化劑進(jìn)行了CO2RR測(cè)試，結(jié)果顯示Pd0.7Cu40.0Ag59.7 PHNs在C2+產(chǎn)物選擇性（69.5%）和C2+分電流密度（?349.1mA?cm?2）方面表現(xiàn)出最佳性能。密度泛函理論（DFT）模擬表明，PdAgCu表面具有獨(dú)特的電子性質(zhì)，降低了C-C偶聯(lián)反應(yīng)的能壘，凸顯了Pd摻雜對(duì)CuAg電催化劑CO2還原的卓越性能。本研究為基于多孔納米薄片構(gòu)建多層次多金屬納米結(jié)構(gòu)提供了一種直觀方法，并驗(yàn)證了其在電催化方面的結(jié)構(gòu)優(yōu)勢(shì)，為高效的CO2RR催化劑的合理設(shè)計(jì)提供了依據(jù)。

關(guān)鍵詞：電催化CO2還原；貴金屬；多孔；多級(jí)結(jié)構(gòu)；C2+產(chǎn)物

中圖分類(lèi)號(hào)：O643