Utilisation d'énergie électrique intermittente pour convertir un excès de CO 2 en produits C2, comme l'éthylène et l'éthanol, est une stratégie efficace pour atténuer l'effet de serre. Le cuivre (Cu) est le seul catalyseur métallique qui peut convertir électrochimiquement le CO 2 en produits C2, mais avec une sélectivité indésirable du produit C2. Par conséquent, améliorer l'efficacité de conversion des catalyseurs à base de Cu pour réduire le CO 2 aux produits C2 a attiré une grande attention.

Récemment, une équipe de recherche dirigée par le professeur Min Liu de la Central South University, Chine, conçu un électrocatalyseur bimétallique Cu-Pd avec une interface CuPd (100) qui peut abaisser la barrière énergétique de la génération de produits C2. L'électrocatalyseur a été obtenu via une méthode de croissance in situ basée sur la réduction thermique pour fournir des nanoparticules de Pd sous forme de graines nucléées. Les résultats ont été publiés dans Journal chinois de catalyse .

Généralement, il y a deux facteurs limitants pour réaliser l'électroréduction du CO 2 aux produits C2, à savoir la quantité d'intermédiaire CO* (* indique que l'intermédiaire est adsorbé à la surface du catalyseur) et l'étape de couplage C-C (généralement deux couplages CO*). Pour les catalyseurs Cu, la barrière énergétique de l'étape de couplage C-C est relativement faible. Cependant, le CO 2 adsorption et CO 2 * les capacités d'hydrogénation du Cu sont défavorables, résultant en une quantité insuffisante de CO* impliqué dans l'étape de couplage C-C suivante. Le palladium (Pd) est un catalyseur efficace qui présente un fort taux de CO 2 adsorption et cinétique de réaction ultrarapide pour la formation de CO*. Cependant, L'empoisonnement au CO* à la surface du Pd le rend impropre à la génération de produits C2. Pour tirer pleinement parti à la fois du Cu (barrière basse énergie du couplage C-C) et du Pd (cinétique ultrarapide pour la formation de CO*), l'assemblage d'un catalyseur bimétallique CuPd a été envisagé comme méthode potentielle pour optimiser l'efficacité de la formation du produit C2.

Le calcul de la théorie fonctionnelle de la densité (DFT) montre que l'interface CuPd (100) améliore l'adsorption du CO 2 et réduit la barrière énergétique du CO 2 * étape d'hydrogénation; Donc, suffisamment de CO* a participé à la réaction de couplage C-C. En outre, la barrière énergétique de l'étape déterminant le débit pour la génération du produit C2 sur l'interface CuPd (100) est de 0,61 eV, ce qui est inférieur à celui de la surface Cu(100) (0,72 eV).

Ensuite, le catalyseur d'interface CuPd (100) cible a été préparé par une méthode chimique humide simple et prouvé par différentes méthodes de caractérisation. Les résultats de l'expérience de désorption programmée en température et de capteur de gaz ont prouvé l'amélioration du CO 2 adsorption et CO 2 * capacité d'hydrogénation sur l'interface CuPd(100), respectivement. Par conséquent, le catalyseur d'interface CuPd(100) présentait une efficacité faradique C2 de 50,3%, qui était 2,1 fois supérieur à celui du catalyseur Cu (23,6%) à -1,4 V RHE en 0,1 M KHCO 3 . Ce travail fournit une référence pour la conception rationnelle d'électrocatalyseur à base de Cu pour le CO 2 électroréduction en ajustant la barrière d'énergie de réaction intermédiaire.