利用可再生能源，基于铜电极的电化学CO2还原是一种将CO2转化为甲烷、乙烯和乙醇等有用化合物的极有效方法。在开发具有高选择性的稳定催化剂的背景下，尽管研究人员已经开发了基于杂原子掺杂的或衍生的氧化物Cu，然而，尚未进一步揭示杂原子的作用。主要是尚不清楚杂原子是作为催化剂的一部分，还是简单地诱导催化剂重构。
有鉴于此，日本名古屋工业大学Hideki Masuda报道了甲烷硫醇单分子膜修饰的Cu电极（MT−Cu）中杂原子在电催化CO2还原中的作用，该修饰电极能够区分来自电解质或空气的杂原子的存在。
文章要点
1）研究发现，与未修饰的多晶Cu电极（裸Cu）相比，在−1.8 V、Ag/AgCl条件下，MT−Cu电极控制电位电解CO2对C2产物具有更高的选择性。另一方面，硫改性的Cu（S-Cu）电极主要催化CO2还原成甲酸。
2）研究人员使用原位衰减全反射表面增强红外吸收光谱仪作为一种功能强大的表面分析技术，研究了其机理。同时，结合了扫描电子显微镜、掠入射广角X射线散射（GIWAXS）和X射线能谱（XPS）。光谱数据表明，甲烷硫醇单分子膜的电化学还原使在负电位大于−1.4 V时在铜表面发生Cu+的重构和形成。
3）研究人员在接近实验条件的偏压和水溶液条件下，进行了密度泛函理论（DFT）计算。结果表明，粗糙的表面有利于生成C2产物。此外，Cu+部分促进了C2产物的生成，进而说明了杂原子掺杂在电化学CO2还原过程中的重要作用。
参考文献：
Go Iijima, et al, Methanethiol SAMs Induce Reconstruction and Formation of Cu+on a Cu Catalyst under Electrochemical CO2 Reduction, ACS Catal. 2020
DOI: 10.1021/acscatal.0c04106
https://dx.doi.org/10.1021/acscatal.0c04106