第一作者：Yangyang Zhang，Yanxu Chen

通訊作者：章根強(qiáng)

通訊單位：中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)

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銅/氧化亞銅（Cu/Cu₂O）肖特基（Mott-Schottky）界面上的C-C耦合被廣泛認(rèn)為是電催化CO₂轉(zhuǎn)化為增值醇的一種有前途的方法。然而，由于對精確鍵合氧碳氫化合物所需的精餾界面特性的控制不足，C₂₊醇的選擇性仍然有限。

本論文研究了Cu/Cu₂O界面在電催化CO₂轉(zhuǎn)化為增值醇類化合物過程中的C-C偶聯(lián)反應(yīng)。通過原位電化學(xué)重構(gòu)策略，調(diào)整Cu位點(diǎn)的配位環(huán)境，發(fā)現(xiàn)低配位Cu位點(diǎn)的構(gòu)建能夠增強(qiáng)整流界面，引起不對稱的電子擾動(dòng)和更快的電子交換，從而促進(jìn)C-C偶聯(lián)和含氧碳氫化合物向親核反應(yīng)過程的結(jié)合。

實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，低配位Cu位點(diǎn)在Cu/Cu₂O界面上展現(xiàn)出64.15%的高法拉第效率和約39.32%的能量效率，用于C₂₊醇類的生產(chǎn)，并在流動(dòng)池電解器中保持超過50 h的穩(wěn)定性。

圖文導(dǎo)讀

圖1：Cu_L/Cu₂O催化機(jī)理及中間體自由能。

圖2：Cu_L/Cu₂O納米粒子的結(jié)構(gòu)表征。

圖3：Cu_L/Cu₂O的電子結(jié)構(gòu)和配位環(huán)境。

圖4：Cu_L/Cu₂O在流動(dòng)池電解器中進(jìn)行CO₂還原反應(yīng)的電化學(xué)性能。

圖5：operando實(shí)驗(yàn)和密度泛函理論（DFT）計(jì)算。

總結(jié)展望

本研究成功構(gòu)建了一種低配位Cu/Cu₂O Mott-Schottky催化劑，通過調(diào)控Cu位點(diǎn)的配位環(huán)境，顯著提高了CO₂電化學(xué)還原生成C₂₊醇類的法拉第效率和能量效率。研究揭示了低配位銅位點(diǎn)在增強(qiáng)整流界面效應(yīng)、促進(jìn)中間體吸附和C-C偶聯(lián)中的關(guān)鍵作用。

這些發(fā)現(xiàn)為設(shè)計(jì)和開發(fā)新型高效CO₂電化學(xué)還原催化劑提供了重要的理論基礎(chǔ)和實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)，有望推動(dòng)CO₂轉(zhuǎn)化為高附加值化學(xué)品的工業(yè)化應(yīng)用。

文獻(xiàn)信息

標(biāo)題：Low-coordinated copper facilitates the CH₂CO affinity at enhanced rectifying interface of Cu/Cu₂O for efficient CO₂-to-multicarbon alcohols conversion

期刊：Nature Communications

DOI：10.1038/s41467-024-49247-4