Een onderzoeksgroep onder leiding van prof. Xiao Jianping van het Dalian Institute of Chemical Physics (DICP) van de Chinese Academy of Sciences (CAS) en hun medewerkers hebben een Pb-gelegeerde Cu-katalysator met één atoom (Pb ₁ Cu), die een hoge activiteit vertoonden voor de elektrochemische CO ₂ reductiereactie (CO ₂ RR) met een selectiviteit van 96% tot formaat en een stabiliteit tot 180 uur bij 100 mA cm ^-2 .

Deze studie is gepubliceerd in Natuur Nanotechnologie op 16 september.

De onderzoekers rapporteerden multi-path voor CO ₂ reductie tot formaat, namelijk de reactiepaden door COOH* en HCOO* tussenproducten. Het reactiefasediagram is gebouwd op basis van de "energy global optimization"-benadering, beschrijving van de activiteitstrend voor CO ₂ RR te formatteren. Een activiteitstrend met dubbele piek werd verkregen dankzij de overweging van multi-path.

Ze ontdekten dat Cu de voorkeur gaf aan het COOH*-pad, resulterend in de productie van koolwaterstoffen en oxygenaten, die een beperkte selectiviteit en activiteit ten aanzien van een specifiek product vertonen. Echter, Pb ₁ Cu gaf de voorkeur aan het HCOO*-pad. De optimale HCOO* bindingsenergie in Pb ₁ Cu onthulde ofwel hoge activiteit of selectiviteit om te formatteren via CO ₂ RR. De overeenkomst tussen experimentele en theoretische activiteitstrend bevestigt de betrouwbaarheid van het multi-path-mechanisme.

De Cu-site op de Pb ₁ Cu stap oppervlak, in plaats van de single-atom Pb site, vertoonde de hoogste CO ₂ RR-activiteit in de richting van exclusieve formaatproductie. Het vrije-energiediagram met de berekende elektrochemische barrières bevestigt ook de formaatselectiviteit.

"De 'dubbele piek' beschrijft een nauwkeuriger activiteitstrend voor CO ₂ RR, het verstrekken van een significant inzicht voor het ontwerp van de katalysator, " zei prof. Xiao.