電化學二氧化碳還原(CO₂RR)是一種降低大氣中二氧化碳濃度和生產高附加值產物的有效技術。然而，CO₂特殊的線性結構使其具有較高的穩定性。因此，設計和制備高效、穩定的電催化劑來激活CO₂是CO₂RR的關鍵。

近日，深圳大學何傳新、楊恒攀等采用等離子體活化策略成功合成MOFs衍生的的單原子Cu催化劑(PA-CuDBC-1)，以實現高效電催化CO₂RR為CH₄。

在催化劑的制備過程中，由于等離子體轟擊，催化劑上形成了豐富的氧空位并顯著增加了低配位銅位點的數量。此外，等離子體處理還產生了分層多孔結構，這使得催化劑能夠有效地吸附反應物分子。多孔結構和低配位銅位點的協同作用顯著提高了PA-CuDBC-1 CO₂電還原為CH₄的活性，在-1.1V_RHE下的最大法拉第效率為75.3%(FE_C2H4為7.1%，FE為14.1%，FE_H2為3.5%)。

此外，當含碳產物(CO，CH₄和C₂H₄)的部分電流密度為47.8mAcm^-2時，總法拉達效率可達到96.5%，明顯優于未經等離子體激活的CuDBC。

密度泛函理論(DFT)計算表明，CO₂轉化為*COOH是CO₂RR的決速步，低配位銅位點Cu-O₃-C和Cu-O₂-C不僅可以降低決速步的能壘，還可以降低其他關鍵中間體形成的能壘，進而加速CO₂還原為CH₄的動力學過程。

該策略為用于CO₂還原的高效催化劑設計提供了策略，并且該策略在其他單原子催化劑的制備中也具有可行性。

Construction of Single-atom Copper Sites with Low Coordination Number for the Efficient CO₂ Electroreduction to CH₄. Journal of Materials Chemistry A, 2021. DOI: 10.1039/D1TA08494A