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近日，中国科学院化学研究所胡劲松研究员和东南大学王金兰教授等合作，在《国家科学评论》（National Science Review, NSR）发表文章，通过理论模拟和实验展示证明电子结构不对称的Cu-Cu/CuN-C双位点界面（Cu/CuN-C）可以有效实现低过电位下的高效C-C偶联，并由此合成了用于电还原CO2制C2+产物的高选择性催化剂，在-0.35 V（vs. RHE）的还原电势下，其法拉第效率为60.3% (乙醇为55%)。
研究者首先通过密度泛函理论模拟发现，具有Cu/CuNC位点结构的催化界面可以显著增强电还原CO2制乙醇过程中*CO中间体的吸附，并且可以有效降低C-C偶联的反应势垒，从而提升催化剂在低电位下的乙醇和C2+产物的选择性。
理论模拟Cu/CuNC双位点与Cu/C上的CO吸附能与C-C偶联能垒与过程。(a-b) 电荷密度差分图, (c) CO吸附能, (d) C-C 偶联能垒和(e) C-C偶联过程
随后，研究者通过原位电化学还原高载量CuNC单原子催化剂（SACs）合成了具有Cu/CuNC双位点界面的催化剂：
  • 非原位和原位谱学表征实验发现，原位形成的超小Cu纳米颗粒与Cu-N-C位点共存；
  • 电化学测试表明，该催化剂在-0.35 V (vs. RHE)的还原电势下CO2电还原为C2+产物的法拉第效率为60.3%，其中乙醇的法拉第效率可达到55%，优于大多数已报道的Cu基电催化剂；
  • 对照实验表明，不含Cu/CuNC双位点界面的催化剂的乙醇产率可忽略不计，这进一步证实了Cu/CuNC界面位点在促进C-C偶联过程中起到至关重要的作用。
Cu/CuNC双位点证据及其电还原CO2性能。（a）-0.3V不同原位电还原时间下催化剂的Cu K edge EXAFS谱图，表明Cu-Cu键的形成并与Cu-N键共存；（b）电还原CO2的产物选择性；（c）电还原CO2的稳定性；（d）催化剂性能比较。
这些发现为创制多位点协同催化电还原CO2至C2+产物提供了新的见解和策略。
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