在全球变暖和能源危机的背景下，寻找新颖、可持续、高效的能源和化学品的生产方法已变成全球各国科学家共同关注的热点问题。近日，华东师范大学贾帅强、吴海虹和中国products over Cu/Zn intermetallic catalysts synthesized by electrodeposition”的研究论文。
将CO2转化为有用的化学品和燃料是减缓气候平均状态随时间的变化和缓解能源危机的重要方法。使用清洁和可再次生产的能源进行电催化二氧化碳还原（ECR）以产生含碳化学品有望解决全球变暖和能源危机。在用于ECR的金属基催化剂中，铜被广泛认为是最有潜力可用于工业生产的金属催化剂，因为它与ECR过程中的大多数中间体具有适中的结合能，能生成各种增值的多碳产物。然而，铜在ECR过程中对特定产物的选择性和稳定能力仍然很差，这严重阻碍了其在实际工业生产里的应用。因此，近年来，研究人员开始探索利用新型电催化剂来提高ECR的稳定性、效率和选择性。金属间化合物（IMCs）是一类具有规则的表面或近表面原子有序结构和独特的电子性质的物质，在许多化学反应中表现出优异的催化性能，这引起了广泛的关注。与单金属催化剂相比，IMCs催化剂具有更高的混合熵和更强的原子相互作用，有助于抑制催化剂分子团聚，提高ECR的活性和稳定能力。 本文使用一步共电沉积法制备Cu/Zn金属间化合物，并将其作为催化剂用于ECR。通过本研究，能够理解Cu/Zn金属间化合物在ECR过程中性能优异的原因所在，这为设计、制备高效、低能耗CO2电还原催化剂提供一定的理论指导。
作者首先采用一步共电沉积方法制备出Cu/Zn金属间化合物（Cu100Zn4.9IMCs）以用于ECR，并分别制备纯铜催化剂（pure Cu）和纯锌催化剂（pure Zn）作为对比。SEM图像显示Cu100Zn4.9IMCs的纳米颗粒直径明显小于pure Cu和pure Zn的纳米颗粒直径，表明金属锌的引入能控制催化剂的形态，致使Cu100Zn4.9IMCs的纳米颗粒更小，并且均匀地分散在碳纸（CP）纤维的表面上，这有助于暴露更多的活性位点。TEM图像显示Cu100Zn4.9IMCs的晶格条纹为0.229 nm与pure Cu和pure Zn均不同。XRD图像与XPS图像均可看出铜和锌元素的存在，且铜的含量占主导地位。随后，通过XAS测试进一步探索Cu100Zn4.9IMCs与pure Cu的差异，根据结果得出这两种材料之间的差异是由于Zn的引入。表明在Cu100Zn4.9IMCs中，Cu和Zn之间有几率存在电子转移，电子性质的变化影响其催化性能。
本工作采用H型电解池，在CO2饱和的0.1 mol/L CsI溶液中评价pure Cu和Cu100Zn4.9IMCs在ECR过程中的活性和稳定能力。LSV测试结果为Cu100Zn4.9IMCs比pure Cu电流密度更大，因此更具有ECR应用潜力。电化学阻抗测试中Cu100Zn4.9IMCs的界面电荷转移电阻更小，因此具有更高的电导率，同时也增强了ECR过程的电荷转移能力。电化学活性面积测试表明Cu100Zn4.9IMCs的活性面积更大，表明Cu100Zn4.9IMCs上有更多的活性位点。这可能归因于Zn的引入减小了催化剂的平均粒径以及Cu100Zn4.9IMCs中Cu和Zn之间更强的电子转移能力。根据结果得出，在Cu中引入Zn抑制了析氢反应（HER），并且来自CO2的还原产物明显地增加。在1.28 V（vs. RHE）下，C2+的法拉第效率（FE）达到75%，并且C2+的偏电流密度（j）为30 mA/cm2。相比之下，由于严重的HER，在1.28 V（vs. RHE）时pure Cu的FE C2+仅为32.2%，C2+的j为10 mA/cm2。与已报道的电催化剂进行比较显示，Cu100Zn4.9 IMCs的ECR性能在H型电解池中属于较高水准。对其稳定性测试发现，在持续电解8小时之后，FE C2+和j无显著变化，表明催化剂具备优秀能力的稳定性。
结合电化学表征可知，与pure Cu催化剂相比，Cu100Zn4.9IMCs具有较低的界面电荷转移电阻和较大的电化学活性面积，有利于反应的进行。此外，由于Zn与*CO的弱结合作用，Zn位点上生成的*CO可以迁移到Cu位点，从而增强Cu表面的C-C偶联，促进C2+产物的生成。这种通过一步电沉积法制备金属间化合物结构的电催化剂在高效、低能耗CO2电还原方面具有巨大的潜力。
贾帅强，华东师范大学，博士后。现入站于华东师范大学绿色化学与化工过程绿色化重点实验室韩布兴院士课题组。主要研究方向为功能材料的设计合成及催化性能研究、电化学材料合成与电催化。
吴海虹，华东师范大学，教授、博士生导师，教育部新世纪人才。先后主持国家自然科学基金面上项目、青年基金、863子课题、上海市科委启明星项目、上海市教委创新项目、教育部新世纪人才项目等多项科研项目，同时参加重点基金项目、863项目等多项科研项目。主要是做多相催化、针对CO2活化制备高的附加价值化学品的新型催化体系的设计合成及应用和离子液体中的化学反应研究。
韩布兴，中国科学院化学研究所研究员、华东师范大学特聘教授、英国诺丁汉大学荣誉教授，中国科学院院士、发展中国家科学院院士、英国皇家化学会会士，中国科学院胶体界面与化学热力学重点实验室主任，上海市绿色化学与化工过程绿色化重点实验室主任，中科-福海资源循环利用技术与产业化联合研究中心主任，中科衡水绿色高性能基础材料研发中心主任。主要是做物理化学与绿色化学的交叉研究，在绿色溶剂体系化学热力学、绿色溶剂-催化剂体系构建及其在CO2、生物质、废弃塑料等固体废弃物催化转化中的应用研究方面取得系统性成果。
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