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印度贾瓦哈拉尔·尼赫鲁先进科学研究中心Sebastian C. Peter团队报道了一种通过氟（F）掺杂稳定氧化亚铜（Cu₂O）中Cu(δ+)氧化态的策略，显著提升了电催化CO₂还原反应（eCO₂RR）中C₂+产物的法拉第效率。该研究利用氢氟酸（HF）将F引入Cu₂O晶格，不仅增强了材料的超疏水性（水接触角达161°），有效抑制析氢副反应，还显著提高了Cu₂O在强还原条件下的结构稳定性。在250 mA cm⁻²的高电流密度下，3 M HF处理的Cu₂O催化剂实现了91.9%的C₂+产物法拉第效率，其中乙烯占比达67%。

本文要点

1. 结构稳定与F掺杂机制： F优先占据氧空位，稳定Cu(δ+)状态，延缓其还原为金属Cu；固态¹⁹F NMR与XPS证实F成功掺入晶格并形成表面HF层。

2. 超疏水性与反应选择性： F引入显著提升表面疏水性，抑制HER，促进CO₂扩散与C–C耦合；WCA测试显示3 M HF-Cu₂O接触角高达161°。

3. 高效电催化性能： 在1 M KOH电解液中，3 M HF-Cu₂O在250 mA cm⁻²下实现C₂+ FE 91.9%，部分电流密度达229 mA cm⁻²，性能优于多数已报道铜基催化剂。

4. 机理研究： 原位拉曼与ATR-FTIR显示F掺杂延长了Cu₂O相在反应中的稳定性；DFT计算与Bader电荷分析揭示F促进CO→CHO路径，降低C–C耦合能垒，有利于乙烯生成。

5. 应用前景： 该策略为设计高选择性、高稳定性的CO₂还原电催化剂提供了新思路，尤其适用于高电流密度下的C₂+产物合成。

文献详情

Geetansh Chawla, Nilutpal Dutta, Siddhi Kediya, et al. Enhancing C₂₊ Product Faradaic Efficiency in CO₂ Reduction Using Fluorine-Stabilized Superhydrophobic Copper(δ+), J. Am. Chem. Soc. (2025)

DOI: 10.1021/jacs.5c10233

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https://doi.org/10.1021/jacs.5c10233