電還原CO2（CO2RR）對于可持續燃料是一種有前途的策略。銅是唯一一種能夠催化CO2轉換為碳氫化合物的廉價金屬，且顯示出很高的法拉第效率。但是，在CO2RR期間其動態結構仍然未知。在這里，通過電化學掃描隧道顯微鏡和拉曼光譜原位追蹤了銅的結構變化。出乎意料的是，多晶銅表面可重建形成銅納米立方體，其尺寸大小的可以由極化電位和時間控制，此過程期間不需要有機表面活性劑和/或鹵化物陰離子。如果銅表面被石墨烯單層覆蓋，可以制備得更小的納米立方體，具有更高的CO2RR活性。當Cu基催化劑暴露在侵蝕性電化學環境中時，石墨烯保護層軟化致使3D形態變化，同時，能夠跟蹤其動力學粗化過程。這一新的策略有望提高Cu基催化劑的長期穩定性，為最終控制產品選擇性提供了一個很好的平臺。
Figure 1.（a-c）示意圖和非原位AFM圖像以及相應的高度分布圖。（d）電位相關的產物分析。在CO2飽和的0.1 M KHCO3電解液中極化后，用氣相色譜法和高性能液相色譜分析。
Figure 2.（a）g-Cu的STM成像的示意圖，（b-i）一系列EC-STM圖像，顯示了在CO2飽和的0.1 M KHCO3溶液中發生CO2RR時，g-Cu表面的形態演變。（j）在重建過程中獲得的g-Cu的原位拉曼光譜，表明天然CuxO還原為金屬Cu的過程，以及存在石墨烯下g-Cu表面形成CuNC的過程。
Figure 3. （a-b）非原位STM圖像，顯示形成g-CuNC前后的情況。 偏壓 = 0.1 mV，I = 10.5 nA。（c）初始g-Cu和g-CuNCs的非原位拉曼光譜。（d）原始g-Cu，g-CuNC和HOPG的經ECSA校正后的線性掃描伏安圖。
該研究工作由瑞士洛桑聯邦理工學院Magalí Lingenfelder課題組于2021年發表在Nano Letters期刊上。原文：Emergence of Potential-Controlled Cu-Nanocuboids and GrapheneCovered Cu-Nanocuboids under Operando CO2 Electroreduction。
轉自《石墨烯雜志》公眾號
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