引用本文:乔华建，李天治，安赛，等.银修饰铜纳米阵列用于电催化还原CO2[J]. 化学试剂，2023，45（4）:113 - 119.DOI:10.13822/j.cnki.hxsj.2023.0002
随着工业化进程的不断推进，化石能源被快速消耗，由此产生的大量二氧化碳气体被排放进入大气，导致了严重的温室效应以及一系列全球性的气候与环境问题。铜基催化剂是众多电催化CO2还原体系中唯一可以将CO2深度还原为多碳产物的催化剂，铜基催化剂在电催化过程中会经历表面重构过程，这对其性能会产生显著的影响。
采用线性伏安扫描法（LSV）制备了Cu(OH)2纳米阵列前驱体，在铜片表面构建出形貌均匀且易于调控的纳米阵列，为后续修饰改性处理提供了良好的结构基础；
Ag的修饰提高了反应过程中Cu表面CO的覆盖度，促进了C-C耦合过程，提高了催化剂对CO2的深度还原能力，-1.1 V测试电位下，实现了45.1 %的C2+产物法拉第效率。
2.1 催化剂形貌与结构表征
为了验证Cu-Ag纳米阵列的晶体结构，我们进行了掠入射XRD（GI-XRD）表征，如图1所示。
采用SEM和TEM表征了Cu-Ag催化剂的形貌。图2a、2b分别显示了通过原位电还原得到的起始Cu纳米阵列以及经过电化学置换反应得到的Cu-Ag纳米阵列的高倍SEM图像。透射电子显微镜（TEM）图像（如图2c所示）显示Ag纳米片与Cu纳米线紧密结合在一起。另外，我们进行了能量色散光谱（EDS）测量，以确定所得到的双金属纳米阵列的元素信息。EDS元素分布图（如图2e所示）显示了材料中含有Cu、Ag两种元素，且分布较为均匀。
X射线光电子能谱（XPS）和俄歇电子能谱（AES）被用来进一步探究Cu-Ag的元素价态和表面元素分布。从XPS全谱图（如图3a所示）中可以看出除了Cu和Ag元素以外，还检测出了O和C元素，其中C是由于样品与空气接触，吸附了空气中的碳，引起的碳污染，O元素则是样品表面吸附水分子中的羟基氧以及样品在电化学还原过程中残存的晶格氧[25]。
2.2 Cu-Ag催化剂电催化还原CO2性能测试
为了检查CO2RR催化活性，首先以20 mV/s的扫描速率进行线性扫描伏安曲线测试（LSV）（如图4a所示），Cu-Ag在-1.2 V（vs RHE）下的电流密度为20.5 mA/cm2，高于Cu的17.1 mA/cm2，表明Cu-Ag催化剂对CO2RR具有较高的电催化活性。
为了探究Cu-Ag对CO2还原性能提升的根本原因，进行了ECSA和Tafel测量。通过双层电容（Cdl）法检测ECSA，图5a显示了Cu-Ag与Cu催化剂上充电电流密度随扫描速率的差异。
本文通过简单的三步法制备了Cu-Ag纳米阵列催化剂，该催化剂用于电催化还原二氧化碳时，表现出较高的催化活性提升。相较于未经银修饰的原始Cu纳米阵列催化剂，Cu-Ag催化剂对于C2+产物的选择性明显增强，同时还抑制了析氢。通过物性表征和电化学实验分析，Cu-Ag催化剂性能的提升归因于该催化剂中Cu、Ag的协同催化作用。
