納米結構的Cu催化劑提高了電化學CO(2)還原反應(CO(2)RR)中高價值C-C偶聯(C2)產物(乙烯、乙酸鹽和乙醇)的選擇性和幾何活性。在反應過程中，研究人員發現高價值C2產物的選擇性會發a生變化，例如乙酸鹽的產率隨著堿度的增加而增加，并且催化劑的形態發生變化也對選擇性有影響。然而，對于納米結構或質量傳輸如何影響銅對乙酸鹽與其他C2產物選擇性仍不清楚。
基于此，美國特拉華大學焦鋒和丹麥技術大學Hendrik H. Heenen等基于烯酮溶液反應，提出了通過CO(2)RR轉化為乙酸的新機理，并闡明了其選擇性對電位、pH和微觀形貌的依賴性。
研究人員通過對現有的GDE/流動池和H型電解池數據的分析，對催化劑負載效應的實驗研究，并開發了一個多尺度模型。提出的機理表明，醋酸選擇性取決于在催化劑表面乙烯酮的運輸和隨后的溶液反應與它的(再)吸附和進一步還原。該模型中沒有援引任何特定的活性位點(s)；納米結構的影響是通過與實驗一致的納米長度尺度上的單一粗糙度參數捕獲的；粗糙度的影響來自于它對輸運和動力學之間的相互作用的影響。對納米結構Cu的ECSA歸一化數據的研究表明，迄今為止研究的所有類型銅的活性位點(s)都是相同的。
基于上述機理，研究人員提出以下策略來最大化或最小化乙酸產率：一般來說，高pH、低催化劑粗糙度，非常高(≥-1.2 VSHE)或非常低電位(≤-1.5 VSHE)最大限度地使乙酸產率最大化。對于最高的乙酸鹽產率，反應應該發生在低電位和/或堿性的CORR條件下；相反，在中性條件下，使用緩沖液和中間電位(-1.6到-1.3 VSHE)，催化劑的乙酸鹽選擇性較低。這項工作強調了在CO(2)RR等機理研究中，對內在催化劑活性和反應能量學、溶液相反應和質量傳遞相互作用的潛在影響的重要性。從模擬的角度來看，這些效應在多個長度尺度上的結合需要嚴格的多尺度模型，而不是通常只關注催化劑表面的反應能量學的方法。
Mechanism for Acetate Formation in Electrochemical CO(2) Reduction on Cu: Selectivity with Potential, pH, and Nanostructuring. Energy & Environmental Science, 2022. DOI: 10.1039/D2EE01485H
