电化学二氧化碳还原反应（CO₂RR）通过将过量的CO₂转化为增值的化学品或燃料，为当前的全球温室效应提供了切实可行的解决方案。贵金属基纳米材料因其高催化活性，长期稳定性和对目标产物的优异选择性而被认为是CO₂RR的有效催化剂。另一方面，由于价格高、储量有限，它们通常被装载在不同的载体材料上，以使其利用率最大化。金属与基体之间的强金属-载体相互作用(MSI)是影响CO₂RR性能的重要因素。

有鉴于此，中国科学院理化技术研究所张铁锐研究员、电子科技大学陈俊松教授和吴睿副研究员等人，主要对不同类型的载体材料(如氧化物、碳、配体、合金和金属碳化物)与贵金属相互作用作为CO₂RR的电催化剂进行了综述。此外，还指出了MSI通过调节吸附强度、电子结构、配位环境和结合能等对提高CO₂RR性能的积极作用。最后，讨论了具有强MSI的贵金属电催化剂面临的新挑战和未来的发展机遇。

本文要点

1）综述了金属-载体相互作用对CO₂RR贵金属基复合催化剂性能的影响。综述了活性贵金属与不同载体材料(如碳或金属氧化物等传统基底材料，以及有机配体、金属或金属碳化物等非传统载体材料)之间的相互作用。因为各种载体材料提供了不同的原子来接触催化剂，这导致了负载的贵金属在电子结构，配位环境，表面能和结合能方面的差异。这反过来导致不同的CO₂RR性能。其中，金属-氧化物界面在改善CO₂吸附和活化方面起主导作用。碳基材料可以最大程度地减少金属NP的团聚并稳定金属纳米颗粒。配体可以通过表面修饰来稳定贵金属表面，从而增强其活性和稳定性。其中，胺配体修饰的贵金属NPs能促进CO₂吸附，抑制HER。将贵金属与辅助金属合金化可以改变催化剂的电子结构，通过改变中间体的结合强度来增加其活性，从而降低反应能垒。

2）尽管这类电催化剂已经取得了很大的进展，但从基本认识和实验研究两方面来看，还远远不能令人满意。在未来的研究中，应该进一步深入了解CO₂RR中的MSI，并开发出实用的催化剂。首先，某种金属与基材的组合会导致特定的MSI，进而导致特定的CO₂RR性能。因此，关键是找到金属和基质的适当匹配，以使所得的MSI可以增强所需产物的催化活性。为了从大量的金属和基底中迅速找到“完美结合”，需要利用基于DFT的模拟方法从理论上预测MSI与一些关键的催化性能之间的相关性，例如对特定反应中间体的吸附/解吸能。其次，有关MSI的现有工作主要集中在反应性分子或中间体在催化活性位点上的吸附。但是，实际上，电解质中还有其他惰性分子或离子也可能吸附在催化剂表面，这会对负载型贵金属催化剂的电子结构产生重大影响。因此，应研究惰性分子或离子对MSI的详细影响，以防止CO₂RR过程中有害物质的吸附。第三，许多表征技术和原位方法被广泛应用于监测主要在贵金属颗粒上的不同特征的动态演变，包括形态，晶相和配位环境。为了更好地理解MSI在催化过程中的作用，应将注意力集中在金属和底物之间的界面上，并采用组合技术进行更深入和多维的分析。最后，与实验室中进行的测量相比，工业水平上的电催化反应通常在极端条件下进行（例如，电解液流动迅速，电流密度高，传质和压力不均匀的情况下）。

参考文献：

Zhao Li et al. Metal-support interactions in designing noble metal-based catalysts for electrochemical CO₂ reduction: Recent advances and future perspectives. Nano Res., 2021.

DOI: 10.1007/s12274-021-3363-6

https://doi.org/10.1007/s12274-021-3363-6