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(xué)院化學(xué)研究所，華東師范大學(xué)

韓布興，院士，1993年至今任中國科學(xué)院化學(xué)研究所研究員。?主要從事物理化學(xué)與綠色化學(xué)的交叉研究，在綠色溶劑體系化學(xué)熱力學(xué)、綠色溶劑-催化劑體系構(gòu)建及其在CO₂、生物質(zhì)、廢棄塑料等固體廢棄物催化轉(zhuǎn)化中的應(yīng)用研究方面取得系統(tǒng)性成果。發(fā)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(xué)獎(jiǎng)二等獎(jiǎng)1項(xiàng)、北京市科學(xué)技術(shù)獎(jiǎng)二等獎(jiǎng)1項(xiàng)，獲Elsevier出版社J. Colloid interf. Sci.期刊終身成就獎(jiǎng)，作為非第一完成人獲國家和省部級(jí)科技進(jìn)步獎(jiǎng)3項(xiàng)，領(lǐng)銜的“綠色化學(xué)與技術(shù)研究集體”獲2022年度中國科學(xué)院杰出科技成就獎(jiǎng)。

任國際純粹與應(yīng)用化學(xué)聯(lián)合會(huì)（IUPAC）綠色化學(xué)委員會(huì)主席、創(chuàng)新中國智庫首席科學(xué)家、北京能源與環(huán)境學(xué)會(huì)會(huì)長、中國化學(xué)會(huì)常務(wù)理事、中國化學(xué)會(huì)綠色化學(xué)專業(yè)委員會(huì)主任；任石油化工催化材料與反應(yīng)工程國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室學(xué)術(shù)委員會(huì)主任、生物質(zhì)熱化學(xué)技術(shù)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室學(xué)術(shù)委員會(huì)主任、綠色合成與轉(zhuǎn)化教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室學(xué)術(shù)委員會(huì)主任、應(yīng)用表面與膠體化學(xué)教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室學(xué)術(shù)委員會(huì)主任

論文速覽

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

本研究探討了Cu基催化劑在二氧化碳電化學(xué)還原反應(yīng)（CO₂RR）中生成烴類產(chǎn)物的最優(yōu)性，以及如何通過調(diào)控產(chǎn)物分布來解決這一挑戰(zhàn)。研究揭示了Cu的配位數(shù)（CN）顯著影響*CO中間體的吸附能，進(jìn)而影響反應(yīng)路徑。通過不同的電化學(xué)還原方法制備了具有不同CN的銅催化劑，實(shí)驗(yàn)結(jié)果與理論預(yù)測一致，表明通過調(diào)節(jié)銅的CN可以實(shí)現(xiàn)對(duì)CH₄和C₂₊產(chǎn)品分布的調(diào)控。

圖文導(dǎo)讀

圖1：不同廣義配位數(shù)（GCN）銅的投影態(tài)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(jìn)行CO₂RR時(shí)的產(chǎn)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(duì)Pot-Cu和Pul(3)-Cu進(jìn)行原位表征的結(jié)果。

總結(jié)展望

本研究通過理論和實(shí)驗(yàn)方法，闡明了Cu的配位數(shù)如何影響CO₂RR中CH₄和C₂₊產(chǎn)品的選擇性。通過改變CuO電還原的模式，合成了可調(diào)節(jié)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(xiàn)出82.5%的C₂₊產(chǎn)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(shí)現(xiàn)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(dǎo)電催化反應(yīng)路徑的有前景的策略。

文獻(xiàn)信息

標(biāo)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