我所开发单原子合金材料促进电催化CO2还原的CC偶联

近日，我所太阳能研究部太阳能制储氢材料与催化研究组 (DNL1621组) 章福祥研究员团队设计合成了一种单原子铋修饰铜合金催化剂，用于电催化CO₂还原，展现出优异的C-C偶联功能，显著提高了多碳（C₂₊）产物的法拉第效率。

　　太阳能光催化技术是实现太阳能至化学能转化的重要方式之一，而高效助催化剂的开发是实现高效光化学转化的重要一环。近期，我所DNL1621组致力于通过电催化剂的优化设计，开发高效光催化助催化剂，在电催化水氧化（JACS，2023；J. Phys. Chem. C，2021等）、电催化析氢（Small，2022）和电催化氧还原（Nat. Commun.，2023）等催化剂设计合成方面取得系列进展。

　　电催化还原CO₂（CO₂RR）制备燃料或化学品不仅可实现CO₂的资源化利用，而且可用于绿色氢能的液态储存，其可为太阳能光催化制储氢一体化技术奠定基础，该领域的文献调研发现，单原子合金（SAA）作为一种具有特殊电子结构的单原子催化剂，其虽然已被用于CO₂RR制备C₁产物，但尚未有实验结果证明其可用于高效制备C₂₊产物。

　　本工作中，研究团队设计合成了一种单原子铋修饰铜合金催化剂（BiCu-SAA），发现其具有显著的C-C耦合促进作用。与纯铜催化剂相比，BiCu-SAA催化剂显著提高了C₂₊产物选择性，以及FE(C₂₊)/FE(C₁)比率。一系列原位红外、XAS等表征和理论计算结果表明，单原子铋修饰可有效调节铜的电子结构，促进CO₂活化和C-C偶联步骤，解释了获得较高C₂₊产物选择性的原因。

　　相关工作以“Single Atom Bi Decorated Copper Alloy Enables C-C Coupling for Electrocatalytic Reduction of CO₂ into C₂₊ Products”为题，于近日发表在《德国应用化学》（Angewandte Chemie International Edition）上。该工作共同第一作者为我所DNL1621组博士研究生曹雨程、南开大学硕士研究生陈素雅和中国科学技术大学博士研究生薄烁文。相关研究得到国家重点研发计划、国家自然科学基金、中科院A类先导专项“变革性洁净能源关键技术与示范”等项目，以及北京光源机时等支持。（文/图 曹雨程）

　　文章链接：https://doi.org/10.1002/anie.202303048