电催化CO₂还原反应(CO₂RR)是一个界面过程，气体CO₂与电极表面和液体电解质的接触点至少有三个相。因此，复合界面表面化学对CO₂RR的选择性和催化作用起着核心作用。每个界面都定义了一个功能边界，其中活性位点暴露在一个独特的环境中。虽然每种组件类型的个体角色是很难预测的“a-solo”，但界面整体通过个体效应的战略相互作用发挥作用，包括: (i) 增强的导电性，(ii) 高表面积和界面的暴露催化位点，(iii) 有利的反应物扩散和进料，(iv) 用于级联中间体“开/关”稳定的互补相互作用，(v)二次球有助于降低瓶颈步骤的活化能，(六)增强了耐用性和长期运行稳定性。

有鉴于此，意大利帕多瓦大学Marcella Bonchio、的里雅斯特大学Michele Melchionna等人，通过对选定的CO₂RR案例研究进行比较和对比，突出碳纳米结构的有机域如何与金属和金属氧化物活性位点合并，以分离任务，并将它们变成相互作用的合作资产，从而超越经典的“Divide et Impera”规则。

本文要点

1）杂化界面工程可以通过提供效率、选择性和长期稳定期的最佳组合来实现CO₂RR电催化。在时间分辨光谱学和模型研究取得了令人印象深刻的进展的指导下，在这一领域已经取得了相当大的进展。通过空间和电子效应的多方面相互作用对 CO2RR 活性位点特性的微调可以在 CNS 界面进行调节，从而合并均相和非均相催化之间的差距。事实上，基于配体设计(金属位的主要球体)和局部环境(金属位的次级球体)的定向演化，金属位立体电子学的优化是分子催化的一个成熟概念。后者可以为活性位点提供特定的化学相互作用(离子、酸/碱、氢/卤素键等)和约束(通过分子间相互作用的几何/空间)。

2）通过选择合适的有机-无机杂化域，可以将同样的方法转移到多相电催化剂上。未来发展的三个新兴趋势包括：（1）表面工程：控制多相混合界面的面和缺陷

当考虑多晶材料时，可能无法精确识别控制 CO₂RR 的结构特征。(2) 仿生催化剂设计：在多相混合界面塑造协同和级联机制。(3) 单原子催化剂：虽然使用单原子催化剂 (SAC) 的想法在催化领域已经存在至少十年，但它们作为“前沿催化材料”的角色是最近才出现的。 SAC 的吸引力主要是由于单一金属效率的理论最大化，符合当前增强原子经济过程的可持续性趋势。

参考文献：

Michele Melchionna et al. Electrocatalytic CO₂ reduction: role of the cross-talk at nano-carbon interfaces. Energy Environ. Sci., 2021.

DOI: 10.1039/D1EE00228G

https://doi.org/10.1039/D1EE00228G