Gebruik van intermitterende elektrische energie om overtollige CO . om te zetten ₂ in C2-producten, zoals ethyleen en ethanol, is een effectieve strategie om het broeikaseffect te verminderen. Koper (Cu) is de enige enkelvoudige metaalkatalysator die CO . elektrochemisch kan omzetten ₂ in C2-producten, zij het met ongewenste selectiviteit van het C2-product. Daarom, verbetering van de conversie-efficiëntie van op Cu gebaseerde katalysatoren voor het verminderen van CO ₂ aan C2-producten heeft veel aandacht getrokken.

Onlangs, een onderzoeksteam onder leiding van Prof. Min Liu van Central South University, China, ontwierp een Cu-Pd bimetaal elektrokatalysator met een CuPd(100)-interface die de energiebarrière van C2-productgeneratie kan verlagen. De elektrokatalysator werd verkregen via een in-situ groeimethode op basis van thermische reductie om Pd-nanodeeltjes op te leveren als kiemhoudende zaden. De resultaten zijn gepubliceerd in Chinees tijdschrift voor katalyse .

Over het algemeen, er zijn twee beperkende factoren voor het bereiken van de elektroreductie van CO ₂ naar C2-producten, namelijk de hoeveelheid CO*-tussenproduct (* geeft aan dat het tussenproduct op het oppervlak van de katalysator is geadsorbeerd) en de C-C-koppelingsstap (in het algemeen twee CO*-koppelingen). Voor Cu-katalysatoren, de energiebarrière van de C-C koppelingsstap is relatief laag. Echter, de CO ₂ adsorptie en CO ₂ * het hydrogeneringsvermogen van Cu is ongunstig, resulterend in een onvoldoende hoeveelheid CO* die betrokken is bij de daaropvolgende CC-koppelingsstap. Palladium (Pd) is een efficiënte katalysator met sterke CO ₂ adsorptie en ultrasnelle reactiekinetiek voor CO*-vorming. Echter, CO*-vergiftiging op het Pd-oppervlak maakt het ongeschikt voor het genereren van C2-producten. Om optimaal te profiteren van zowel Cu (lage energiebarrière van CC-koppeling) als Pd (ultrasnelle kinetiek voor CO*-vorming), de assemblage van een CuPd-bimetaalkatalysator werd beschouwd als een mogelijke methode om de efficiëntie van C2-productvorming te optimaliseren.

De berekening van de dichtheidsfunctionaaltheorie (DFT) laat zien dat de CuPd (100)-interface de adsorptie van CO . verbeterde ₂ en verminderde de energiebarrière van CO ₂ * hydrogeneringsstap; dus, voldoende CO* nam deel aan de CC-koppelingsreactie. In aanvulling, de energiebarrière van snelheidsbepalende stap voor C2-productgeneratie op CuPd (100) -interface is 0,61 eV, die lager is dan die op het Cu(100)-oppervlak (0,72 eV).

Vervolgens werd de beoogde CuPd (100)-interfacekatalysator bereid met een eenvoudige natchemische methode en bewezen door verschillende karakteriseringsmethoden. De temperatuurgeprogrammeerde desorptie- en gassensorexperimentresultaten bewezen de verbeterde CO ₂ adsorptie en CO ₂ * hydrogeneringsvermogen op CuPd(100)-interface, respectievelijk. Als resultaat, de CuPd(100)-interfacekatalysator vertoonde een C2 Faraday-efficiëntie van 50,3%, die 2,1 keer hoger was dan die van Cu-katalysator (23,6%) bij -1,4 V _RHE in 0,1 M KHCO ₃ . Dit werk biedt een referentie voor het rationele ontwerp van een op Cu gebaseerde elektrokatalysator voor CO ₂ elektroreductie door de tussenliggende reactie-energiebarrière aan te passen.