正文
2
NH
2
、
Cu/CN
和
Cu/SWCNTs
的
XRD
谱图、（
i
）拉曼光谱图和（
j-k
）
XPS
光谱。
透射电子显微镜图像表明（图
2
），表面功能化的
SWCNTs
负载
Cu
纳米颗粒后，表面从光滑变为粗糙，表明多元醇还原法成功将
Cu
纳米颗粒负载到功能化
SWCNTs
表面。插图展示了所有样品的接触角，表明功能化增强了
SWCNTs
的表面亲水性，为
Cu
纳米颗粒的沉积提供了适应性强的表面位置。
TEM
图像及对应的元素分布图表明碳（
C
）、铜（
Cu
）和氮（
N
）元素的均匀分布在单壁碳纳米管表面。
Cu/CH
2
NH
2
、
Cu/CN
和
Cu/SWCNTs
样品的
XRD
谱图显示，只有两个宽峰归属于碳载体。
Cu
的特征衍射峰的缺失表明
Cu
晶相呈现出非晶态。拉曼光谱结果表明，碳载体负载
Cu
纳米颗粒前后的
I
D
/I
G
值相接近，表明负载
Cu
纳米颗粒后，碳载体的本征缺陷未发生明显变化，以便于更好的探究活性位点
Cu
对催化活性的影响。
在
Cu 2p XPS
光谱中，
Cu/SWCNTs
在
932.78 eV
处显示出尖锐的
Cu
+
（或
Cu
0
）峰，在
934.2 eV
处显示出一个小的
Cu
2+
肩峰。在
Cu/CN
和
Cu/CH
2
NH
2
样品中，观察到明显的
Cu
+
（或
Cu
0
）峰。
Cu/CH
2
NH
2
中
Cu
+
的结合能在
932.57 eV
，与
Cu/SWCNT
（
932.78 eV
）相比，其结合能向高结合能方向偏移
0.21 eV
。这表明，给电子基团与
Cu
2
O
的结合有效地调节了其电子结构，促进了电荷从
CH
2
NH
2
转移到
Cu
2
O
，这与吸电效应的基团形成鲜明对比。因此，
Cu
+
（或
Cu
0
）与
Cu
2+
在
Cu/CH
2
NH
2
（
2.8
）中的原子比降低，而
Cu/CN
（
9.0
）的原子比与
Cu
（
6.5
）相比增加。
III.
CO
2
电还原性能
测试
图
3
功能化单壁碳纳米管上负载的
Cu
的
CO
2
电还原活性结果，（
a
）
CH
4
产物的
FE
，（
b
）
j
CH4
，（
c
）
C
2
H
4
的
FE
，（
d
）
j
C2H4
（
e
）
C
2+
产物（
C
2
H
4
、乙酸盐、乙醇）的
FE
，以及
（
f
）
Cu/CH
2
NH
2
、
Cu/CN
和
Cu/SWCNTs
的
j
C2+
。
在流动型电解池中，评价了
Cu
催化剂
CO
2
电还原性能。
图
3a-b
为
Cu/SWCNTs
、
Cu/CN
和
Cu/ CH
2
NH
2
上
CH
4
产物的法拉第效率。在较低的过电位下，
CO
2
主要发生双电子还原过程，主要产生
CO
，同时生成少量
HCOO
⁻
。随着阴极电位的增加，
CO
的产生减少，而
CH
₄
的产生增加。在
-1.08 V
（相对于
RHE
）时，
Cu/SWCNTs
和
Cu/CN
上
CH
4
的法拉第效率分别达到
33.8±3.0%
和
27.1±2.0%
，对应的
CH
4
部分电流密度（
j
CH4
）为
67.7 mA cm
⁻
²
和
73.3 mA cm
-2
。而在
Cu/CH
2
NH
2
上，
CH
4
的法拉第效率仅为
7.7±1.0%
，对应于
32.6 mA cm
-2
的
j
CH4
。随后的
C
2
H
4
生成（电位低于
-0.6 V
）导致
CO
的法拉第效率（
FE
）降低，这与早期发现
CO
是其前体的结果一致。在
-1.08 V
时，
Cu/CH
2
NH
2
的最大
C
2
H
4
法拉第效率为
44%
，对应的电流密度（
j
C2H4
）为
-184.6 mA cm
-2
（图
3c-d
）。相比之下，未功能化
SWCNTs
上的
Cu
在
-1.08 V
时的最大
C
2
H
4
法拉第效率仅为
16.2%
，对应的
j
C2H4
为
-32.4 mA cm
-2
。与给电子的
NH
2
修饰
Cu
相比，具有吸电子性质的
CN
基团的
Cu/CN
在
CO
2
RR
中表现出不同的活性和选择性模式。对于
Cu/CN
，
C
2
H
4
的最大法拉第效率降至
14.3%
，在
-1.08 V
下，
j
C2H4
降至
-38.7 mA cm
-2
。在
-1.08 V
时，
Cu/CH
2
NH
2
上的最大
FE
C2+
仅为
64.1%
，分别比在
Cu/CN
和
Cu/SWCNT
上观察到的
FE
C2
高
2.9
倍和
3.0
倍。同时，
Cu/CH
2
NH
2
