Cu 메조기공 전극 (AAO 템플릿 기반)

AAO-template으로 템플릿된 스퍼터 증착 구리 나노기공 전극으로, paper_070의 CO₂ 환원 촉매이다 (see Yang et al., Angew. Chem. Int. Ed. (2016)). 기하학적으로 서로 다른 세 가지 변형체 (폭/깊이)는 동일한 XRD 결정학적 텍스처를 공유하므로, 기공 형태만이 C₁ → C₂H₄ → C₂H₆ 선택성을 전환시키는 단독 변수임을 입증한다.

제조 방법 및 변형체

Cu를 양극 산화 알루미늄 (AAO-template) 섀도 마스크 위에 스퍼터링한 후 스테인리스 스틸로 전사하며, AAO 기공의 기하 구조가 생성되는 Cu 메조기공의 치수를 직접 결정한다. 세 가지 변형체 (폭 / 깊이):

• 30 nm / 40 nm — 좁고 얕음 → C₂H₄ (에틸렌) 선택적
• 30 nm / 70 nm — 좁고 깊음 → C₂H₆ (에탄) 선택적
• 300 nm / 40 nm — 넓고 얕음 → C₁ 지배적 (EDL 중첩 없음)

XRD 결과 세 변형체 모두에서 유사한 (hkl) 상대 강도를 보여 동등한 결정 구조를 확인하였으므로 (see Yang et al., Angew. Chem. Int. Ed. (2016), SI Fig. S₂), 선택성은 패싯 효과에 기인하지 않는다. 활성 표면적은 메틸 바이올로겐 산화환원 반응으로 정규화하였다.

전기화학

• 개시 전위 ~−0.96 V vs NHE (모든 변형체), 다결정 Cu의 −0.98 V와 비교 (see Yang et al., Angew. Chem. Int. Ed. (2016), Fig. 2a).
• 전류 밀도 14.3 mA cm⁻² @ −1.7 V vs NHE.
• 선택성 → faradaic-efficiency-C₂-hydrocarbons (FE(C₂H₄) 38%, FE(C₂H₆) 46%).

선택성은 mesopore-confinement-C₂-selectivity (이중 EDL 중첩 및 유속 감소에 의한 구속 효과)에 의해 지배된다. 이는 concave-rhombic-dodecahedral-Au / high-index-facet-CO₂-reduction의 고지수 패싯 경로 (Au 오목 정방십이면체, paper_053, C₁ CO 선택성)와는 직교하는 CO₂RR 형태학적 전략이다.

정규화 관련 주의사항. CO₂ 비활성도는 기하학적 면적이 아닌 메틸 바이올로겐으로 측정한 활성 표면적으로 정규화되었으므로, 기하학적 면적 기반 논문 (paper_053, paper_057 포함)과의 직접 비교는 거칠기 인수 없이는 유효하지 않다.