​吴一民等Nature子刊：AgCu单原子合金和Ag纳米颗粒级联电催化CO2还原

电催化CO₂还原成增值多碳（C₂₊）产物提供了一种利用可再生电力关闭人为碳循环的手段，但C₂₊产物的催化选择性不理想严重阻碍了该技术的实际应用。

基于此，加拿大滑铁卢大学吴一民教授和卡尔加里大学Samira Siahrostami等人报道了一个级联的AgCu单原子合金和纳米颗粒电催化剂，其中Ag纳米颗粒产生CO，AgCu单原子合金促进C-C耦合动力学。结果表明，在所制备的AgCu单原子合金和纳米颗粒催化剂下，在-0.65 V、~720 mA cm^-2工作条件下，对C₂₊产物的法拉第效率（FE）为94±4%。

通过DFT计算，作者研究了在Ag掺杂的Cu催化剂表面上对乙烯、乙醇和乙酸进行原子尺度的CO₂还原反应机理。CO₂RR到C₂₊产物涉及多种中间体，其中C-C偶联是决定速率的步骤。Cu(100)上*CO加氢成*CHO和*COH的势垒分别为0.64和0.94 eV，比CO-CO直接偶联更有利。因此，作者选择研究Ag掺杂Cu(100)表面上能量较低的C-C耦合势垒，即*CO-*CHO和*CO-*COH。

作者还计算了*CO-*CHO在纯Cu(100)表面的TS势垒，为0.55 eV，比Ag掺杂Cu(100)表面高0.1 eV。Ag位点在单原子合金（AgCu SAA）和纳米颗粒（AgCu SANP）中均能将CO₂转化为CO，但后者由于活性位较多，预计会促进CO的形成。

结果表明，在CO₂还原到CO方面，Ag掺杂Cu是比纯Ag表面更好的催化剂。低配位的Ag原子对CO₂转化为CO的反应最活跃，AgCu SANP催化剂预计具有扭结和角点。因此，CO₂到CO的还原很可能同时发生在单个Ag原子和Ag纳米颗粒上。

Cascade electrocatalysis via AgCu single-atom alloy and Ag nanoparticles in CO₂ electroreduction toward multicarbon products. Nat. Commun., 2023, DOI: 10.1038/s41467-023-41871-w.