背景
液态多碳产品，如乙醇、丙醇等，由于其能量密度高、储运方便等特点，在工业领域有着广泛的应用。 将二氧化碳高效电化学转化为液态多碳产品对于减少二氧化碳排放和实现可再生能源储存至关重要。 然而，尽管具有高效的CO2电化学转化潜力，但由于C-C偶联步骤的动力学缓慢，反应过程中会形成复杂的含氧中间体，Cu基电催化剂往往面临催化活性不足和产物选择性差的问题。 一般来说，乙醇的局部电流密度不超过200 mA·cm-2，这限制了其在实际应用中的可行性。 解决这一问题的一种有前途的方法是通过表面改性来调节催化剂的电子结构，以调节关键中间体的吸附性能。
因此，制备卤素改性催化剂可能是进一步提高CO2电还原催化性能生产液态多碳产物的理想途径。 然而，在目前的研究工作中，液态多碳产物的催化性能尚未达到令人满意的水平，卤素改性引起的形貌演变使反应过程更加复杂。 因此，仍需进一步研究卤素改性方法对液体产物形成的调控作用。
结果简介
本研究开发了一种卤素改性铜基催化剂，可高效地将二氧化碳转化为液态多碳产物。 采用简单的超声处理方法对Cu2O纳米颗粒进行了多种卤素改性，结果表明，卤素改性样品的催化性能显著提高。 其中，氯改性Cu-Cl样品为-074 v（vs.RHE）达到最高的乙醇法拉第效率262%，其部分电流密度高达3432 ma·cm-2。
密度泛函理论（DFT）计算表明，Cl修饰Cu表面的析氢反应（HER）受到显著抑制，CO2与Cu之间的相互作用增强，显著促进了CO2分子的吸附和活化。 此外，在Cl修饰的Cu表面上，C-C偶联过程的能垒降低了032 EV时，在乙醇生成的后续步骤中，CL改性下中间体的自由能较低，表明CL改性有助于促进乙醇生成。 本工作通过表面改性调控关键中间体的吸附性能，为提高CO2的催化活性提供了新的实验基础。
**导读
图1（A） Cu2O样品的SEM图;Cu-Cl样品的（B）SEM、（C）TEM和（D）HRTEM图像;（E-H） Cu-Cl 样品的 EDS 光谱。
图2（A） Cu2O样品和Cu-Cl样品的XRD曲线;Cu-Cl样品的（B）Cu 2p和（C） Cl 2P高分辨率XPS谱图。
图3电化学性能测试：（a） Cu-Cl样品在不同电位下的法拉第效率图;（b） 不同样品的总电流密度与电位的关系图;（c） 不同电位下不同样品的乙醇法拉第效率图（d）不同样品的乙醇部分电流密度和电位图。
图4（a） 液态C2+FeCo比值与电位的关系图;（b） 这项工作的催化性能与以前报道的CO2还原为乙醇的比较。
图5Cl改性Cu样品上乙醇的形成机理：（A）Cu（111）和（B）Cl改性Cu（111）平面上CO2的微分电荷密度图（c） Cu（111）表面和Cl修饰Cu（111）表面生成H2的自由能变化图;（d） Cu（111）和Cl改性Cu（111）表面生成乙醇的自由能变化图;（e） Cl改性Cu生成乙醇的可能反应机理图。
关于作者
上海科技大学林柏麟课题组以能源或材料领域的一些重大问题为指导，结合计算化学和实验化学，在金属-有机基体反应的基础上，开发了新的催化体系和方法，并对其机理进行了研究。 具体包括三个方向：1、开发基于二氧化碳电化学还原的人工光合作用系统，探索储能减排新途径;2、开发新型分子催化剂，利用二氧化碳作为可再生碳**，合成高附加值有机分子3、开发以二氧化碳为原料合成高分子新材料的催化新方法。
文章信息
liu y, tang h, zhou y, et al. improved catalytic performance of co2 electrochemical reduction reaction towards ethanol on chlorine-modified cu-based electrocatalyst. nano research, 2023