電催化CO₂還原成增值多碳（C₂₊）產(chǎn)物提供了一種利用可再生電力關(guān)閉人為碳循環(huán)的手段，但C₂₊產(chǎn)物的催化選擇性不理想嚴(yán)重阻礙了該技術(shù)的實(shí)際應(yīng)用。

基于此，加拿大滑鐵盧大學(xué)吳一民教授和卡爾加里大學(xué)Samira Siahrostami等人報(bào)道了一個(gè)級(jí)聯(lián)的AgCu單原子合金和納米顆粒電催化劑，其中Ag納米顆粒產(chǎn)生CO，AgCu單原子合金促進(jìn)C-C耦合動(dòng)力學(xué)。結(jié)果表明，在所制備的AgCu單原子合金和納米顆粒催化劑下，在-0.65 V、~720 mA cm^-2工作條件下，對(duì)C₂₊產(chǎn)物的法拉第效率（FE）為94±4%。

通過DFT計(jì)算，作者研究了在Ag摻雜的Cu催化劑表面上對(duì)乙烯、乙醇和乙酸進(jìn)行原子尺度的CO₂還原反應(yīng)機(jī)理。CO₂RR到C₂₊產(chǎn)物涉及多種中間體，其中C-C偶聯(lián)是決定速率的步驟。Cu(100)上*CO加氫成*CHO和*COH的勢(shì)壘分別為0.64和0.94 eV，比CO-CO直接偶聯(lián)更有利。因此，作者選擇研究Ag摻雜Cu(100)表面上能量較低的C-C耦合勢(shì)壘，即*CO-*CHO和*CO-*COH。

作者還計(jì)算了*CO-*CHO在純Cu(100)表面的TS勢(shì)壘，為0.55 eV，比Ag摻雜Cu(100)表面高0.1 eV。Ag位點(diǎn)在單原子合金（AgCu SAA）和納米顆粒（AgCu SANP）中均能將CO₂轉(zhuǎn)化為CO，但后者由于活性位較多，預(yù)計(jì)會(huì)促進(jìn)CO的形成。

結(jié)果表明，在CO₂還原到CO方面，Ag摻雜Cu是比純Ag表面更好的催化劑。低配位的Ag原子對(duì)CO₂轉(zhuǎn)化為CO的反應(yīng)最活躍，AgCu SANP催化劑預(yù)計(jì)具有扭結(jié)和角點(diǎn)。因此，CO₂到CO的還原很可能同時(shí)發(fā)生在單個(gè)Ag原子和Ag納米顆粒上。

Cascade electrocatalysis via AgCu single-atom alloy and Ag nanoparticles in CO₂ electroreduction toward multicarbon products. Nat. Commun., 2023, DOI: 10.1038/s41467-023-41871-w.