多級鈀-銅-銀多孔納米花作為高效電催化劑催化CO2還原為C2+產物

摘要：近年來，具有可控元素分布的銅基多金屬納米晶作為CO2還原反應（CO2RR）的電催化劑，受到了廣泛研究。通過對銅電催化劑進行二次甚至多次的金屬元素修飾，能夠有效改變其整體d帶結構并引起d帶中心的位移。這種變化可以影響銅對關鍵中間體的表面親和力，從而影響后續的催化途徑。除了調整電子結構，形貌工程也成為提高CO2RR電催化性能的有效手段。相對于隨機形狀的球形顆粒，基于二維納米片構建的三維多孔結構有利于最大限度地暴露表面原子，為催化過程中產生的關鍵中間體提供豐富的擴散通道和反應中心。然而，通過設計合成路線構建這種類型的納米結構是一項技術挑戰，傳統的分步自組裝策略耗時且難以精確控制結構。因此，我們的研究旨在實現高純度的合成方法，制備這種獨特的納米結構，并精確調控元素組成和電子結構，以探索結構優勢與CO2RR電化學性能改善之間的潛在關系，具有重要的應用價值。在此研究中，我們合理設計了鈀-銅-銀（Pd-Cu-Ag）納米晶的二維-三維雜化結構，實現了可控的合成過程，并驗證了其在電化學CO2還原中的應用潛力。合成過程中，通過使用封裝劑十八烷基三甲基氯化銨，成功地將Au@CuxO納米球轉化為層狀CuAg納米花（HNFs）。有趣的是，該過程中原位形成了作為構建單元的納米薄片。通過對CuAg HNFs與Na2PdCl4進行電偶置換，除去了Ag和Cu，引入了零價的Pd，并在納米片上形成了大量孔隙。我們對這些CuAg電催化劑進行了CO2RR測試，結果顯示Pd0.7Cu40.0Ag59.7 PHNs在C2+產物選擇性（69.5%）和C2+分電流密度（?349.1mA?cm?2）方面表現出最佳性能。密度泛函理論（DFT）模擬表明，PdAgCu表面具有獨特的電子性質，降低了C-C偶聯反應的能壘，凸顯了Pd摻雜對CuAg電催化劑CO2還原的卓越性能。本研究為基于多孔納米薄片構建多層次多金屬納米結構提供了一種直觀方法，并驗證了其在電催化方面的結構優勢，為高效的CO2RR催化劑的合理設計提供了依據。

關鍵詞：電催化CO2還原；貴金屬；多孔；多級結構；C2+產物

中圖分類號：O643