中科大章根强，最新Nature子刊！

第一作者：Yangyang Zhang，Yanxu Chen

通讯作者：章根强

通讯单位：中国科学技术大学

论文速览

铜/氧化亚铜（Cu/Cu₂O）肖特基（Mott-Schottky）界面上的C-C耦合被广泛认为是电催化CO₂转化为增值醇的一种有前途的方法。然而，由于对精确键合氧碳氢化合物所需的精馏界面特性的控制不足，C₂₊醇的选择性仍然有限。

本论文研究了Cu/Cu₂O界面在电催化CO₂转化为增值醇类化合物过程中的C-C偶联反应。通过原位电化学重构策略，调整Cu位点的配位环境，发现低配位Cu位点的构建能够增强整流界面，引起不对称的电子扰动和更快的电子交换，从而促进C-C偶联和含氧碳氢化合物向亲核反应过程的结合。

实验结果表明，低配位Cu位点在Cu/Cu₂O界面上展现出64.15%的高法拉第效率和约39.32%的能量效率，用于C₂₊醇类的生产，并在流动池电解器中保持超过50 h的稳定性。

图文导读

图1：Cu_L/Cu₂O催化机理及中间体自由能。

图2：Cu_L/Cu₂O纳米粒子的结构表征。

图3：Cu_L/Cu₂O的电子结构和配位环境。

图4：Cu_L/Cu₂O在流动池电解器中进行CO₂还原反应的电化学性能。

图5：operando实验和密度泛函理论（DFT）计算。

总结展望

本研究成功构建了一种低配位Cu/Cu₂O Mott-Schottky催化剂，通过调控Cu位点的配位环境，显著提高了CO₂电化学还原生成C₂₊醇类的法拉第效率和能量效率。研究揭示了低配位铜位点在增强整流界面效应、促进中间体吸附和C-C偶联中的关键作用。

这些发现为设计和开发新型高效CO₂电化学还原催化剂提供了重要的理论基础和实验指导，有望推动CO₂转化为高附加值化学品的工业化应用。

文献信息

标题：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