通过等离子体热电子与光热效应的协同作用提高电催化CO2还原过程中的C2选择性

《ANGEWANDTE CHEMIE-INTERNATIONAL EDITION》：Enhancing C2 Selectivity in Electrocatalytic CO2 Reduction Via Synergy of Plasmonic Hot Electrons and Photothermal Effect

表面等离子体增强电催化CO2还原通过优化光子利用率和中间体构型转变提升C2选择性，法拉第效率达87%。实验与DFT计算表明等离子体协同效应降低C-C结合能垒，揭示LSPR对*CO吸附构型调控机制。

　　

摘要

表面等离子体增强的电催化CO₂还原方法相较于传统的电催化方法具有显著优势，它通过优化光子利用效率简化了电催化反应器的设计，并提高了反应活性和选择性。然而，复杂的多重等离子体效应对CO₂还原反应的协同调控机制，尤其是在电化学偏压作用下的机制，仍需进一步深入研究。本研究以铜等离子体电极为例，揭示了局域表面等离子体共振（LSPR）在增强CO₂转化以及促进关键中间体*CO从桥式吸附构型转变为顶位吸附构型过程中的关键作用。通过实验与密度泛函理论计算的结合，我们发现等离子体热电子效应和光热效应的协同作用有效降低了C─C键合能垒。系统测量结果明确了电极的等离子体激发与C₂产物选择性提高之间的关联。在优化条件下，等离子体效应的协同作用显著促进了CO₂的转化，并提升了C₂产物的法拉第效率（FE），最大增幅可达57%至87%。这项工作不仅为理解等离子体效应的复杂协同机制提供了新的视角，也为实现选择性电催化CO₂转化开辟了新的途径。

图形摘要

本研究指出，等离子体热电子效应与光热效应的协同作用能够增强电催化CO₂还原性能。特别是，关键中间体*CO从桥式吸附构型转变为顶位吸附构型的过程，有助于促进后续的C─C键合反应，从而生成更多的C₂产物。在最佳反应条件下，C₂产物的法拉第效率（FE）通过等离子体激发作用提升了57%至87%。

利益冲突

作者声明不存在利益冲突。