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本报讯  近日，高敏锐教授课题组报道在二氧化碳电还原反应中，铜催化剂的决速步因晶面不同而表现出显著差异。利用主要暴露Cu（100）晶面的催化剂，研究人员在中性介质中实现了72%的乙烯法拉第效率和工业级的部分电流密度，并稳定将CO2转化到乙烯超过100小时。相关研究成果于6月10日发表在《美国科学院院刊》。

研究人员通过等离子体处理策略，在CuO纳米片上营造氧空位，该空位的存在调节了费米能级附近的态密度，带来较小的功函数。密度泛函理论计算预测，氧空位的存在有利于*CO吸附，促进催化剂还原过程中Cu（100）的形成。没有氧空位的CuO在还原过程中则倾向生成能量较低的Cu（111）晶面。电镜结果显示，还原处理后的样品保留母体催化剂形貌，高分辨透射电镜及电化学氢氧根吸附实验表明，所致得的两种催化剂表面分别以Cu（100）和Cu（111）为主。

研究人员对在流动池与膜电极体系中对催化剂进行了性能评价，结果表明，在500 mA cm-2条件下，Cu（100）为主要暴露晶面的催化剂的乙烯法拉第效率为72%（多碳产物法拉第效率近90%），远高于Cu（111）为优势晶面的催化剂。

原位光谱及电动力学实验结果显示，在具有不同主体暴露晶面的样品上乙烯的生成具有不同的反应路径。Cu（100）为优势晶面的催化剂上*CO覆盖度更高、*CO吸附更强且以顶式吸附为主，乙烯转化的决速步是两个*CO的偶联过程；而在主要暴露晶面为（111）的催化剂上，乙烯转化的决速步发生的是*CO与H2O分子的质子耦合过程。密度泛函理论计算结果同样佐证了这一实验结果。

博士研究生张玉才、博士后张晓隆、博士研究生吴志征是论文共同第一作者，高敏锐教授是论文通讯作者。

（合肥微尺度物质科学国家研究中心）