开发能够将二氧化碳转化为合成燃料和基础化学品的技术对于实现气候目标至关重要。利用来自可再生能源的电力，铜电极上的二氧化碳的电化学还原可以用于生产电子燃料。新的研究表明，这一过程改变了催化剂表面铜原子的排列。
铜是减少二氧化碳不可缺少的催化剂材料，特别是对于合成某些有价值的化学品和燃料，如乙醇。如果表面上的铜原子排列非常无序，这是非常有利的，并且可以通过预氧化铜表面或通过合金化来实现。
基尔大学实验与应用物理研究所和马克斯普朗克学会(MPG)弗里茨哈伯研究所(FHI)界面科学系的一项联合研究表明，在电催化二氧化碳还原反应的最初阶段，这种无序结构也会自发形成。
研究人员观察到，金属内部的铜原子向表面移动，并组装成一个只有几个原子的独立基团。这种金属的转变是由反应的中间产物一氧化碳引起的，即使在高反应速率下也能保存下来。研究结果今天发表在《自然催化》杂志上。
基尔大学固态物理学教授奥拉夫·马格努森说:“因为电催化二氧化碳还原发生在类似于矿泉水的碳酸盐水溶液中的金属上，并且伴随着氢气的形成，所以在原子尺度上详细研究这一过程是困难的。”
因此，研究人员使用了一种即使在这些具有挑战性的条件下也可以使用的方法组合。基尔大学的研究小组通过高分辨率电化学扫描隧道显微镜直接观察了铜表面的转变。这种方法可以对表面的原子和分子进行直接成像。
来自基尔和柏林的科学家在位于汉堡的DESY的PETRA III同步加速器上进行的x射线衍射研究证实了这一转变。此外，这些测量表明，在高反应速率下，独立的铜原子保持不变，但没有进一步形成。弗里茨·哈伯研究所的分子光谱学最终表明，这些变化是由形成的CO引起的。
“结果表明，每次打开减少二氧化碳所需的电流时，电极表面都会发生剧烈的变化。这在以前是未知的，但可能在催化中发挥重要作用，”FHI界面科学部主任Beatriz Roldán Cuenya教授说。
影响催化剂结构从而影响形成的化合物类型的一个策略是用电压脉冲操作电极。事实上，研究小组在之前的工作中已经证明了这一点。然而，那里的铜通过电能周期性地被氧化，这需要电极的极性被逆转。
根据新的结果，类似的效果可能已经通过简单地接通和关闭电流获得。研究小组说:“总的来说，这项研究证实了我们的假设，即不仅电极材料，而且操作条件和微环境都与这种环保技术的实现有关。”
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希望本篇文章《研究电催化剂表面的微观特征变化》能对你有所帮助！
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