将二氧化碳电还原为高附加值化学品是推动可持续碳中和经济的有效措施。铜基催化剂具有独特的电子特性和对许多中间体合适的结合强度，被认为是唯一能够生产多碳化学品的催化剂。然而，活性铜物种的快速失活和低选择性对高效稳定生产C2产物构成了巨大挑战。
近日，东南大学化学化工学院、江苏省光电功能材料工程研究中心张一卫教授、余慧军教授在电催化CO2RR研究方面取得重要突破。相关成果以“Bottom-up Growth of Convex Sphere with Adjustable Cu(0)/Cu(I) Interfaces for Effective C2 Production from CO2 Electroreduction”为题，在线发表在国际顶级学术期刊《Angewandte Chemie International Edition》上。东南大学博士生刘欢为第一作者，东南大学张一卫教授、余慧军教授为共同通讯作者。
该工作设计了一种自下而上的生长策略，构建了具有丰富且紧密耦合的Cu(0)/Cu(I)界面的凸球模型（Cux@Cu2O），并将其应用于电还原CO2生产C2产物。Cux@Cu2O凸球结构可以通过改变水热还原时间实现动态调节，从而动态调控催化剂Cu(0)/Cu(I)的界面，进而调节C1和C2产物的选择性。其中，还原时间最短的CuO/Cu2O光滑球具有较高的甲烷选择性；具有最佳Cu(0)/Cu(I)界面的Cu0.25@Cu2O凸球催化剂在-1.0 V vs. RHE的低电位下具备高C2选择性（90.5%法拉第效率）和长期稳定性（长达12小时）；经过长时间老化后，Cu NPs的主要产物变成了HCOOH。结合一系列实验表征、原位测试与理论计算结果证明，Cu(0)/Cu(I)界面提供了不同的吸附环境，正负电荷的差异通过静电吸引提高局部*CO中间体覆盖率，降低C-C偶联能垒，从而增强乙烯和乙醇的形成。
这项工作为构建高效稳定的铜基电催化活性位方面提供了新方法，并在将价态敏感元素应用于电催化研究领域方面带来新思路。该工作得到国家自然科学基金、中央高校基本科研业务费的支持。
原文链接：https://doi.org/10.1002/anie.202404123
