大气中二氧化碳含量的增加引起了严重的环境危机，人们关于碳循环的意识不断增强。利用清洁能源产生的电力将二氧化碳转化为增值化学品的研究成为热点。铜基催化剂是电还原二氧化碳为多碳产物的理想材料，然而，由于此类材料在电化学反应中容易发生重构，影响了催化剂的稳定性，导致该技术在实际应用中受阻。

有鉴于此，霍夫曼先进材料研究院黄晓西课题组和吉林大学邹晓新团队合作报道了一种基于电化学脉冲制备高活性、高稳定性的铜基电催化剂的方法（图1）。该催化剂不仅可以将二氧化碳转化成乙烯，而且经过长达半年时间的测试，乙烯的法拉第效率仍能保持在~60%。

图1 脉冲法合成氧化物衍生铜基催化剂的示意图

催化剂的合成采用电化学脉冲的方法，以硫酸铜溶液作为电解液，在金属铜上施加周期性脉冲电压，通过交替发生的氧化反应（铜电极失去电子）和还原反应（溶液中的铜离子得到电子），在铜电极表面沉积了氧化亚铜纳米颗粒，随着脉冲周期的增加，氧化亚铜颗粒逐渐融合成一层粗糙的氧化物薄膜（图2）。得到的薄膜对于电化学二氧化碳还原具有较好的活性，主产物为乙烯。

图2 电化学脉冲法制备粗糙的氧化亚铜薄膜机制

该合成方法具有几个显著的特点（图3），首先，在两电极的合成体系中，可以同时制备两个具有高催化活性的电极；并且，可以通过扩展并联的铜片数量来增加合成电极的数量；最后，电化学脉冲的方法也适用于制备大面积的催化电极。

图3 电脉冲的合成方法在电极数量和面积上都可以放大

经过脉冲后的电极相比于抛光铜片，具有更高的几何电流密度，且随着脉冲次数的增加，C2H4和CH4的法拉第效率比值增加，这是由于脉冲次数的增加，能够形成更加粗糙多孔的催化剂薄膜，有利于关键C1中间体在催化剂表面的吸附和滞留，能够进一步转化为C2产物。最后，在H-型电解池中研究了脉冲铜电极的稳定性（图4）。抛光铜电极对于乙烯的稳定性很差，几小时之后就不再生成乙烯。脉冲铜对于乙烯的选择性更加稳定，经过长达半年（超过4500小时）的测试，该材料催化CO2还原为乙烯的选择性仍然接近60%。在稳定性测试中，同时监测了电极的表面粗糙度（RF）。发现在长期的电解过程中，铜电极的RF在一定范围内波动，但始终保持相对粗糙的状态，因此能够保持对乙烯的选择性。这些结果能为未来进一步开发高稳定性催化剂提供一定的指导。

图4 抛光铜片和不同脉冲周期的脉冲铜电极的稳定性研究

原文链接：https://doi.org/10.1021/acsami.2c01230

课题组简介及博士后招聘信息

黄晓西现任深圳职业技术学院霍夫曼先进材料研究院特聘副教授。课题组主要研究方向为电催化二氧化碳还原、氧气还原等反应的催化剂设计与合成（https://hiam.szpt.edu.cn/info/1167/1040.htm）。

目前课题组因发展需要，拟招收博士后1名，提供优越的科研条件支持和丰厚的待遇，欢迎材料、化学、物理等多学科优秀人才加盟。

博士后应聘条件：

1、博士毕业三年以内；

2、已获得或即将获得材料、化学、物理等相关专业博士学位，具有无机化学、电化学、计算化学等研究背景者优先，熟悉气相色谱、核磁共振波谱仪、电子显微镜、原位电化学原子力显微镜等表征技术的应聘者优先；

3、有较强的文献阅读和论文写作能力；

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应聘方式：

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