第一作者：Yangyang Zhang，Yanxu Chen

通訊作者：章根強

通訊單位：中國科學技術(shù)大學

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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。通過原位電化學重構(gòu)策略，調(diào)整Cu位點的配位環(huán)境，發(fā)現(xiàn)低配位Cu位點的構(gòu)建能夠增強整流界面，引起不對稱的電子擾動和更快的電子交換，從而促進C-C偶聯(lián)和含氧碳氫化合物向親核反應過程的結(jié)合。

實驗結(jié)果表明，低配位Cu位點在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)，并在流動池電解器中保持超過50 h的穩(wěn)定性。

圖文導讀

圖1：Cu_L/Cu₂O催化機理及中間體自由能。

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在流動池電解器中進行CO₂還原反應的電化學性能。

圖5：operando實驗和密度泛函理論（DFT）計算。

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位點的配位環(huán)境，顯著提高了CO₂電化學還原生成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在增強整流界面效應、促進中間體吸附和C-C偶聯(lián)中的關(guān)鍵作用。

這些發(fā)現(xiàn)為設計和開發(fā)新型高效CO₂電化學還原催化劑提供了重要的理論基礎和實驗指導，有望推動CO₂轉(zhuǎn)化為高附加值化學品的工業(yè)化應用。

文獻信息

標題：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