化石燃料在未来几十年仍然是主要的能量来源,但是这种不可再生资源的燃烧释放出大量的CO2(主要的温室气体),空气中CO2的浓度每年仍然持续增加.使用间歇性可再生能源转化的电能驱动电化学CO2还原生成高附加值产品为其减排提供了一种有前景、CO2"零排放"的方法.本文通过利用Cu和不同形状的CeO2纳米晶之间的相互作用,即分别暴露(100)、(110)、(111)晶面的立方体、棒状和八面体CeO2,实现了对电化学CO2还原产乙烯的有效调控.研究发现,电化学CO2还原的选择性和活性与CeO2暴露的晶面密切相关,生成乙烯的法拉第效率和偏电流密度在1.00到1.15 V(相对于可逆氢电极)的施加电势范围内呈现出Cu/CeO2(111)＜Cu/CeO2(100)＜Cu/CeO2(110)的趋势.在H-型电解池中,以0.1mol.L-1KHCO3溶液为电解质,Cu/CeO2(110)电催化CO2还原的法拉第效率为56.7％,这与纯碳纸、CeO2(100)、CeO2(110)、CeO2(111)纳米颗粒上只发生析氢副反应形成了鲜明对比,并且Cu/CeO2(110)可在较温和的过电势下(1.13 V)电催化CO2还原产乙烯,其法拉第效率达到39.1％,和文献报道的很多Cu-基材料的性能相当,而Cu/CeO2(100)与Cu/CeO2(111)产乙烯的法拉第效率分别为31.8％和29.6％.此外,经过6 h的持续电解后,乙烯的法拉第效率基本保持稳定.Cu/CeO2(110)还原CO2产乙烯的活性可能与CeO2(110)表面的亚稳态性质有关,其不仅能有效促进CO2的吸附,还能有效稳定Cu+,从而促进了CO2还原为乙烯.本工作为增强电化学CO2还原提供了晶面工程途径.
二氧化碳 电化学还原 乙烯 铜 二氧化铈 暴露晶面