科研学术

　　近日，基础与前沿研究院崔春华教授团队在《Nature Communications 》发表题为“Hydroxyl radicals dominate reoxidation of oxide-derived Cu in electrochemical CO₂ reduction"的学术论文，博士后母仕佳为论文第一作者，博士后隆昶和团队负责人崔春华教授为论文通讯作者，电子科技大学基础与前沿研究院为论文第一作者单位。

　　利用可再生能源驱动的电化学CO₂RR可将CO₂转变为高附加值的燃料及重要化学品，是实现“碳中和”重大战略的潜在途径。氧化物衍生Cu（oxide-derived Cu, OD-Cu）能够在CO₂RR过程中实现高效的CO₂催化转化到C₂₊化学品，是最为重要的催化剂之一。OD-Cu促进C₂₊生成的机制是开发先进催化剂的关键基础问题。目前，理论与实验研究分别指出OD-Cu表面的Cu^δ+促进了CO₂的活化及CO-CO的耦合。但在热力学上，Cu^δ+在CO₂RR还原电位下不稳定，会被还原为金属态的Cu。然而，这与CO₂RR过程中频繁观测到Cu^δ+的实验结果不符。理解这一过程，是揭示OD-Cu在CO₂RR过程中的活性位点及其催化机制的关键。

基于EPR（a, b）及原位Raman光谱（c-e）研究KHCO3浓度、OH•数量及OD-Cu电极再氧化动力间关系

　　崔春华教授团队结合原位电化学Raman光谱、EPR、二次离子质谱及同位素标记技术，证实了CO₂RR中OD-Cu电极表面动态的还原/再氧化行为，指出HCO₃-溶液中强氧化性的OH•自由基导致了电极快速再氧化行为的发生 (如图1)，其不断地产生会导致溶液中Cu金属显著的氧化性腐蚀。进一步，发现温度是HCO₃-溶液中OH•自由基生成的激发源，且溶液中HCO₃-阴离子与溶剂水分子间快速的氧交换提供了OH•生成的氧源。于此，提出CO₂RR中Cu电极表面Cu^δ+动态的价态及含量是由电极阴极还原反应与电解液中OH•导致的再氧化反应间的“跷跷板效应”所决定。该工作将有助于阐明CO₂RR中Cu电极再氧化行为的发生机制，同时也表明正确地理解催化剂的CO₂RR行为不可忽视电解液的作用。

 　　本项研究得到了国家自然科学基金（NSFC）支持。

　　崔春华，电子科技大学教授、博士生导师。国家青年人才计划入选者。2017年加入基础与前沿研究院，建立分子电化学实验室，旨在通过原位光谱电化学解决小分子电催化转化相关的科学问题。截止目前，在Science, Nat. Mater., Nat. Commun., J. Am. Chem. Soc., Angew. Chem. Int. Ed.等国际期刊上共发表论文70余篇，撰写2部英文著作章节。文章总引用>5500次，引用超过100次论文17篇，单篇最高引用>1000次，H因子35。主持国家自然科学基金（面上），参与科技部重点研发计划。担任Nat. Nanotechnol., Nat. Catal., Nat. Commun., Angew. Chem. Int. Ed.等国际期刊审稿人。担任Chinese Chemical Letters编委。

　　论文链接：

　　https://www.nature.com/articles/s41467-022-31498-8