韩布兴&吴海虹&康欣晨最新JACS：调控配位数引导CO2RR路径

第一作者：Jiapeng Jiao

通讯作者：韩布兴，康欣晨，吴海虹

通讯单位：中国科学院化学研究所，华东师范大学

韩布兴，院士，1993年至今任中国科学院化学研究所研究员。 主要从事物理化学与绿色化学的交叉研究，在绿色溶剂体系化学热力学、绿色溶剂-催化剂体系构建及其在CO₂、生物质、废弃塑料等固体废弃物催化转化中的应用研究方面取得系统性成果。发表SCI收录论文800余篇，获国家专利60余件。作为第一完成人获国家自然科学奖二等奖1项、北京市科学技术奖二等奖1项，获Elsevier出版社J. Colloid interf. Sci.期刊终身成就奖，作为非第一完成人获国家和省部级科技进步奖3项，领衔的“绿色化学与技术研究集体”获2022年度中国科学院杰出科技成就奖。

任国际纯粹与应用化学联合会（IUPAC）绿色化学委员会主席、创新中国智库首席科学家、北京能源与环境学会会长、中国化学会常务理事、中国化学会绿色化学专业委员会主任；任石油化工催化材料与反应工程国家重点实验室学术委员会主任、生物质热化学技术国家重点实验室学术委员会主任、绿色合成与转化教育部重点实验室学术委员会主任、应用表面与胶体化学教育部重点实验室学术委员会主任

论文速览

铜（Cu）基催化剂是电还原CO2生成烃类产物的最佳催化剂，但控制产品分布仍然是一个具有挑战性的课题。

本研究探讨了Cu基催化剂在二氧化碳电化学还原反应（CO₂RR）中生成烃类产物的最优性，以及如何通过调控产物分布来解决这一挑战。研究揭示了Cu的配位数（CN）显著影响*CO中间体的吸附能，进而影响反应路径。通过不同的电化学还原方法制备了具有不同CN的铜催化剂，实验结果与理论预测一致，表明通过调节铜的CN可以实现对CH₄和C₂₊产品分布的调控。

图文导读

图1：不同广义配位数（GCN）铜的投影态密度（PDOS）图。

图2：不同制备方法得到的Cu催化剂的表征。

图3：原位X射线吸收光谱（XAS）研究CuO还原为Cu过程中的变化。

图4：不同Cu电极上进行CO₂RR时的产品分布，法拉第效率（FE）和电流密度（j）的变化。

图5：CO₂RR过程中对Pot-Cu和Pul(3)-Cu进行原位表征的结果。

总结展望

本研究通过理论和实验方法，阐明了Cu的配位数如何影响CO₂RR中CH₄和C₂₊产品的选择性。通过改变CuO电还原的模式，合成了可调节CN的单组分Cu催化剂。

具有高CN的Pot-Cu催化剂在-1.27 V下表现出82.5%的C₂₊产品法拉第效率（FE_C2+）和514.3 mA cm^-2的局部电流密度（j_C2+），而具有低CN的Pul(3)-Cu催化剂则在-1.87 V下实现了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，通过控制金属的CN可以成为引导电催化反应路径的有前景的策略。

文献信息

标题：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