电化学二氧化碳还原反应(CO2RR)是一种将CO2转化为高附加值产物的有前景的方法。在众多CO2RR产物中，CO被广泛用作工业过程的基本化学原料。虽然CO2-CO过程的热力学过电位接近于零，但CO2RR过程中形成自由基离子CO2˙−中间体具有较大的过电位(−1.9 V)。此外，具有相似热力学的竞争性析氢反应(HER)导致CO2RR转化为CO的选择性较低。因此，迫切需要设计和开发具有高活性和选择性的有效电催化剂来降低CO2活化的反应能垒和抑制竞争性HER。
基于此，南京航空航天大学彭生杰课题组开发了一种独特的Ag-ZnO/Ti3C2Tx催化剂，其中Ag-ZnO界面与MXene纳米片化学耦合，实现了高效的CO2−CO转化。具体而言，所制备的Ag-ZnO/Ti3C2Tx具有独特的结构优势，包括Ti3C2Tx Mxene调控的Ag-ZnO界面、表面欠配位和介孔纳米结构，导致催化剂具有高的内在电催化活性和大量暴露的表面活性位点。与预期的一样，Ag-ZnO/Ti3C2Tx显示出较高的CO2RR性能，CO2转化为CO的法拉第效率接近100%，并且在−0.87 V时CO的部分电流密度为22.59 mA cm−2。实验结果和理论计算表明，在Mxene调控的Ag-ZnO界面中，Ag的给电子作用和d带中心上移不仅调节了*COOH的结合强度，促进CO的生成，还抑制了竞争性HER，进一步提高了CO2转化为CO的选择性。此外，Ag-ZnO/Ti3C2Tx表面的主要COL中间体能够加速CO的快速解吸，导致高的CO部分电流密度。综上，该项工作提出了一种合理的金属-氧化物与MXene偶联界面催化剂设计思路，为未来设计和开发具有独特金属-氧化物界面的CO2RR电催化剂提供了指导。MXene-Regulated Metal-Oxide Interfaces with Modified Intermediate Configurations Realizing Nearly 100% CO2 Electrocatalytic Conversion. Angewandte Chemie International Edition, 2023. DOI: 10.1002/anie.202304179
