单原子催化剂由于具有良好的几何和电子结构，因此对各种化学反应具有有吸引力的电催化活性。

有鉴于此，北京航空航天大学杨树斌教授等人，展示了一种有效的方法，通过在四元MAX相(Ti₃(Al_1-xCu_x)C₂)中选择性蚀刻杂化A层（Al和Cu）来生产MXene锚定单原子铜催化剂，用于电催化CO₂还原为甲醇。

本文要点

1）通过从四元MAX相Ti₃(Al_1-xCu_x)C₂中选择性蚀刻原子级杂化A层（Al和Cu）来制备MXene锚定单原子铜催化剂。这种方法的本质是通过利用其含A产物（AlCl₃）的易升华特性，选择性地除去一种元素，而将另一种未反应的A元素（Cu）留在MXene上。

2）在杂化A层中选择性蚀刻Al后，Cu原子被很好地保存下来，并同时通过Cu-O键固定在最外层Ti层(记为Ti₃C₂Cl_x)上具有主要表面官能团（Cl_x）的MXene上。结果表明，所制备的单原子Cu催化剂对生成CH₃OH的法拉第效率高达59.1%，且具有良好的电催化稳定性。

3）在基于同步加速器的X射线吸收光谱分析和密度泛函理论计算的基础上，具有不饱和电子结构（Cu^δ+，0 <δ<2）的单原子Cu为速率决定步骤（HCOOH*转化为吸附CHO*中间体）提供了低能垒，这有助于将电催化CO₂还原为CH₃OH。

参考文献：

Qi Zhao et al. Selective Etching Quaternary MAX Phase toward Single Atom Copper Immobilized MXene (Ti₃C₂Cl_x) for Efficient CO₂ Electroreduction to Methanol. ACS Nano, 2021.

DOI: 10.1021/acsnano.0c09755

https://doi.org/10.1021/acsnano.0c09755