電催化CO₂轉化為乙醇(C₂H₅OH)和乙烯(C₂H₄)等多碳(C₂₊)產物為緩解能源危機和環境污染問題提供了一種有效的策略。在迄今為止報道的所有納米結構電催化劑中，Cu基材料被認為是將CO₂選擇性轉化為C₂₊的最有效的材料，但C₂₊產物的選擇性仍然很低，特別是在高電流密度下。最近，操縱氧化態以構建協同Cu⁰/Cu¹⁺界面已被證明是通過穩定Cu¹⁺物種來促進C₂₊產物轉化的有效方法。

除此之外，具有比Cu⁰或Cu¹⁺位點更高氧化態的Cu²⁺物種具有易于結合CO或H₂O的結構特征，可以通過材料結構設計保留Cu²⁺位點，并促進*CHO中間體在Cu²⁺催化活性位點上的形成。受這些工作的啟發，預期Cu⁰/Cu²⁺界面的構建可能比單一的Cu²⁺位點更能促進OC-CHO耦合過程，但是在CO₂RR條件下構建穩定的Cu⁰/Cu²⁺界面仍然是一個巨大的挑戰。

近日，華東理工大學楊化桂、劉鵬飛和袁海洋等合理篩選了構建穩定Cu⁰/Cu²⁺界面的Cu基預催化劑，闡明了它們在CO₂轉化為C₂₊過程中的協同作用。具體而言，研究人員利用材料數據庫(MPD)和密度泛函理論(DFT)計算，篩選了不同的含Cu²⁺化合物，發現Cu₂P₂O₇和Cu₃(PO₄)₂(統稱CuPO)Cu²⁺-磷氧鹽在電還原條件下表現出最高的Cu⁰/Cu²⁺界面穩定性，特殊的Cu⁰/Cu²⁺界面降低了*CHO與*CO偶聯形成*OCCHO中間體的能壘。

實驗上，研究人員通過一種簡單的方法合成了CuPO催化劑，該催化劑在中性電解質中，C₂H₄的法拉第效率(FE)達到69.7%；在堿性電解質流動池中，C₂₊部分電流密度超過300 mA cm^-2，FE_C2+高達90.9%。

研究人員以CuPO和CuO作為模型催化劑，通過原位光譜表征和理論計算研究了C₂₊選擇性增強的機制。結果表明，在Cu⁰/Cu²⁺(Cu₃(PO₄)₂)界面上檢測到了*CHO和*OCCHO中間體的峰；并且，隨著*CO的增加，Cu₃(PO₄)₂上*CO峰的峰強度首先增強，然后隨著施加的電位繼續變負而逐漸降低，表明*CO隨著二聚化加速而消耗。

相比之下，CuO上吸附的*CO持續積累，并且在沒有檢測到C-C偶聯鍵，這是因為在CO₂還原過程中Cu²⁺完全還原為Cu⁰。基于上述結果，CuPO電催化劑的穩定和豐富的Cu⁰/Cu²⁺界面可以促進*CHO與*CO偶聯形成*OCCHO的途徑，從而提高了CO₂還原過程中C₂₊產物的選擇性。

Direct OC-CHO coupling towards highly C₂₊ products selective electroreduction over stable Cu⁰/Cu²⁺ interface. Nature Communications, 2023. DOI: 10.1038/s41467-023-43182-6