如何构建结构稳定的 Cu─Ni 电催化剂以实现 CO2RR 对 C2+产物的持续高选择性和高活性

如何构建结构稳定的 Cu─Ni 电催化剂以实现 CO2RR 对 C2+产物的持续高选择性和高活性

这

双金属电催化剂上C─C偶联步骤的增强是由于*CO和*OCCO等关键中间体通过独特的电子结构、应变效应或二次金属引入的几何效应实现了稳定。在众多金属元素中，镍（Ni）对氧具有很强的亲和力，可以稳定含O的中间体。因此，已经开发了几种Cu-Ni双金属电催化剂来促进C2+产物的形成。然而，在CO2还原条件下，这些电催化剂容易发生电化学复构，导致CO2RR的选择性和活性不可控。Cu-Ni 双金属电催化剂通常表现出 Ni 偏析，从而导致不需要的析氢反应 （HER）。因此，构建结构稳定的Cu-Ni电催化剂是实现C2+产物CO2RR高选择性和高活性的关键。

考虑到其优异的结构稳定性和与含O中间体较强的结合能力，作者在CO2RR过程中原位构建了一种具有丰富NiOOH/Cu界面的镍氧化物/Cu电催化剂。与纯Cu表面相比，CO2RR过程中NiOOH/Cu界面结构保持稳定，*CO的吸附显著增加。理论计算表明，NiOOH/Cu界面还为OCCO中间体提供了稳定的两位点，降低了C─C耦合的能垒。结果表明，在工业电流密度为400 mA cm−2时，NiOOH/Cu电催化剂的C2+法拉第效率（FE）为86.3±3.0%。C2H4的选择性在5小时内保持在50%以上，稳定性高。

1. 和 NiOOH/Cu .

a） 的 .

b） SEM图像

三）

d） HR-TEM图像

e） EDS

f，g）Ni 2p 和 Cu 2p 的 XPS。

2.In NiOOH/Cu的原位XAS。

a） OCV （NiCu-OP） 下的原位 Ni K 边缘 XANES 和 .

b） Ni K 边缘处的 k2- EXAFS 和 。Ni、NiO 和 -NiOOH 的 Ni K- 用于 。

c） NiOOH/Cu、Cu、Cu2O和CuO的原位Cu K-edge XANES。

d） 的 k2- EXAFS 在 Cu K-edge 和 。所有都在 1 m KOH 中。

3.NiOOH/Cu 的 CO2RR .

a） /Cu-10 上所有下层的 FE 。

b） C1、C2+和jC2+在NiOOH/Cu-X上的FEs，Ni/Cu共计400 mA cm−2。

c） NiOOH/Cu-10 和裸铜在 400 mA cm−2 下的所有 FEs。

d） 400 mA cm−2 时 NiOOH/Cu-10、NiOOH-Cu 混合、Cu 和 NiOOH 上 C1 和 C2+ 的 FEs。

e） NiOOH/Cu-10 在 200 mA cm−2 下与 H2 一起在流通池中测试。

f） 我们的 NiOOH/Cu-10 在 FE 上和 CO2-to-C2+

4.In 原位 - Raman。

a） 带拉曼光谱的流通池。

b-d）1800–2400 cm−1on b） NiOOH/Cu-10， c） Cu， and d） NiOOH in CO2- 0.1 m 的原位拉曼光谱。

5.DFT。

和 对于 *OCCO （a，c） 和 *COH （b，d） 在 a，b） 上 NiOOH/Cu 和 c，d） Cu .

e） 的吉布斯游离 2*CO 到 *OCCO 和 *CO 到 *COH 。Ni、Cu、C、O 和 H 由蓝色、棕色、灰色、红色和白色球组成，

综上所述，通过原位电化学重构，开发了一种高度稳定的镍氧化物/Cu电催化剂，具有丰富的NiOOH/Cu界面。与现有的电催化剂相比，界面电催化剂具有更高的C2+活性，并在电催化过程中保持了较高的结构稳定性。这归因于原位构建的高分散NiOOH/Cu界面，不仅显著增加了关键中间体*CO的吸附，而且为稳定关键中间体*OCCO提供了双重位点，降低了CO二聚化的动力学势垒。本研究可为构建各种金属含氧酸盐/Cu电催化剂的耐久界面结构提供参考，以实现对CO2RR中不同产物的高选择性。

NiOOH/Cu .

以 NiOOH/Cu-5 为例。首先，NiCu-OPs是通过凝胶。首先，在（2 ml）中加入CuCl2（400 mg）和Ni（NO3）2·6H 2O（100 mg），在浴下加入氧化物（2 ml）。15后，加入H 2 O（0.2 ml）形成绿色凝胶。将绿色凝胶老化 1 天，并在 70°C 下干燥至绿色。将 （10 mg）、（500 μL）、水 （500 μL） 和 （30 μL） 混合并形成油墨，通过在质量为 0.2 mg cm−2 的气体层 （ GDS 3250 GDL） 上。NiOOH/Cu为NiCu-OP在100 mA cm−2的浓度下在三流通池中持续30 min，其中1 M KOH为。

纯铜和NiOOH。对于

用于NiOOH/Cu的，使用CuCl2（400 mg）或NiCl2·6H2O（500 mg），。

NiOOH/Cu-混合 .

将上述Cu和NiOOH混合，将（15 mg）与5 wt%（45 μl）和（2 ml）混合30 min以上，形成油墨。将油墨放在GDE上，经过20个水浴后。 ， NiOOH/Cu-混合为 。

本文作者：毛、张春伟、李、韩、高、梅森·里昂斯、

， Yong Guo， Bo Zhang， Wang， Xinyu Wang， Han，Quan-Hong Yang， Feng，* and Zhe Weng* in Adv. Mater发表的一篇文章。影响因子：27左右。原文链接如下

10.1002/AENM。

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