Angew. Chem.:全氟辛烷植入铜位点调控氢键网络以促进CO₂电还原制乙醇

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乙醇具有广泛用途,可用作溶剂、车用燃料、医疗用品、饮料,以及基本有机化工原料等。工业常采用粮食发酵法、合成法(乙烯水合)合成,前者不可避免出现“与人争粮”的局面,而后者工艺路线复杂,并且制造过程中产生大量CO2。因此,采用清洁能源驱动CO2还原生成乙醇具有重大意义。乙烯及乙醇是CO2电还原过程的主要C2产物,二者反应路径经由共同的中间体,且乙烯生成反应路径更具优势。因此,研究CO2电还原制乙醇反应微观过程,提升乙醇选择性具有重要意义。

近日,江南大学朱永法教授团队报道了将含强电负性氟元素的全氟辛烷分子嵌入Cu2O电催化剂结构中,通过增强界面氢键网络连通性,稳定乙醇生成所需含氧反应中间体,从而提升乙醇选择性。作者运用主客体策略,以SDS为软模板将C8F18植入Cu₂O纳米立方体,制备了C₈F₁₈-Cu₂O OIHs有机-无机杂化结构催化剂。在流动池测试中,1.83%F-Cu2O OIHs表现出高乙醇选择性,FEEtOH约55.2%。



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原位光谱结果显示,C8F18-Cu2O OIHs上*CObridge和*COH振动信号更强且出现电位更早,表明C8F18植入促进了*CO质子化和C-C耦合过程。同时,*OCCOH和*OC2H5等中间体的红外振动信号变化也与乙醇选择性提高趋势相关。

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DFT计算表明,F修饰的Cu(111)-F表面能降低H2O解离能垒,增加*H覆盖度,加速*CO质子化。从*CHCOH到*CHCHOH的反应能量在Cu(111)-F上更低,且F增强了C-O键、弱化了Cu-C键,从而改变反应路径,实现从乙烯到乙醇的选择性转变。

本论文充分展现了非共价相互作用调节CO2电还原生成乙醇选择性的极大潜力,为实现高效CO₂RR制乙醇提供更有力的理论与技术支持,对相关领域催化剂的设计具有一定的借鉴意义。

文信息

Regulating Interfacial Hydrogen-Bonding Networks by Implanting Cu Sites with Perfluorooctane to Accelerate CO2 Electroreduction to Ethanol

Jing Zhou, Bingling He, Pu Huang, Dongge Wang, Zechao Zhuang, Jing Xu, Chengsi Pan, Yuming Dong, Dingsheng Wang, Yao Wang, Hongwen Huang, Jiawei Zhang, Yongfa Zhu


Angewandte Chemie International Edition

DOI: 10.1002/anie.202418459




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