第一作者：Jiapeng Jiao

通訊作者：韓布興，康欣晨，吳海虹

通訊單位：中國科學院化學研究所，華東師范大學

韓布興，院士，1993年至今任中國科學院化學研究所研究員。?主要從事物理化學與綠色化學的交叉研究，在綠色溶劑體系化學熱力學、綠色溶劑-催化劑體系構建及其在CO₂、生物質、廢棄塑料等固體廢棄物催化轉化中的應用研究方面取得系統性成果。發表SCI收錄論文800余篇，獲國家專利60余件。作為第一完成人獲國家自然科學獎二等獎1項、北京市科學技術獎二等獎1項，獲Elsevier出版社J. Colloid interf. Sci.期刊終身成就獎，作為非第一完成人獲國家和省部級科技進步獎3項，領銜的“綠色化學與技術研究集體”獲2022年度中國科學院杰出科技成就獎。

任國際純粹與應用化學聯合會（IUPAC）綠色化學委員會主席、創新中國智庫首席科學家、北京能源與環境學會會長、中國化學會常務理事、中國化學會綠色化學專業委員會主任；任石油化工催化材料與反應工程國家重點實驗室學術委員會主任、生物質熱化學技術國家重點實驗室學術委員會主任、綠色合成與轉化教育部重點實驗室學術委員會主任、應用表面與膠體化學教育部重點實驗室學術委員會主任

論文速覽

銅（Cu）基催化劑是電還原CO2生成烴類產物的最佳催化劑，但控制產品分布仍然是一個具有挑戰性的課題。

本研究探討了Cu基催化劑在二氧化碳電化學還原反應（CO₂RR）中生成烴類產物的最優性，以及如何通過調控產物分布來解決這一挑戰。研究揭示了Cu的配位數（CN）顯著影響*CO中間體的吸附能，進而影響反應路徑。通過不同的電化學還原方法制備了具有不同CN的銅催化劑，實驗結果與理論預測一致，表明通過調節銅的CN可以實現對CH₄和C₂₊產品分布的調控。

圖文導讀

圖1：不同廣義配位數（GCN）銅的投影態密度（PDOS）圖。

圖2：不同制備方法得到的Cu催化劑的表征。

圖3：原位X射線吸收光譜（XAS）研究CuO還原為Cu過程中的變化。

圖4：不同Cu電極上進行CO₂RR時的產品分布，法拉第效率（FE）和電流密度（j）的變化。

圖5：CO₂RR過程中對Pot-Cu和Pul(3)-Cu進行原位表征的結果。

總結展望

本研究通過理論和實驗方法，闡明了Cu的配位數如何影響CO₂RR中CH₄和C₂₊產品的選擇性。通過改變CuO電還原的模式，合成了可調節CN的單組分Cu催化劑。

具有高CN的Pot-Cu催化劑在-1.27 V下表現出82.5%的C₂₊產品法拉第效率（FE_C2+）和514.3 mA cm^-2的局部電流密度（j_C2+），而具有低CN的Pul(3)-Cu催化劑則在-1.87 V下實現了56.7%的甲烷法拉第效率（FE_CH4）和234.4 mA cm^-2的j_CH4。研究表明，通過控制金屬的CN可以成為引導電催化反應路徑的有前景的策略。

文獻信息

標題：Steering the Reaction Pathway of CO₂ Electroreduction by Tuning the Coordination Number of Copper Catalysts

期刊：Journal of the American Chemical Society

DOI：10.1021/jacs.4c02607