铜（Cu）是唯一可以进行电催化CO₂还原反应（CRR）生成碳氢化合物和含氧物的金属催化剂。其表面氧化态决定了各种产物的反应途径。然而，在CRR的阴极电位下，大多数Cu基催化剂的化学组成不可避免地经历了从Cu²⁺到Cu⁰或Cu¹⁺物种的电还原，这通常伴随着相重构和新活性中心的形成。由于Cu²⁺的初始活性中心难以保留，关于Cu²⁺催化剂用于CRR的研究较少。

近日，澳大利亚阿德莱德大学乔世璋教授，Yao Zheng报道了提出了一种固溶体策略来稳定Cu²⁺离子，方法是将Cu²⁺离子加入到CeO₂基质中，CeO₂基质作为保护Cu²⁺活性物种的自牺牲成分。

文章要点

1）原位光谱表征和密度泛函理论（DFT）计算表明，与传统的具有Cu⁰或Cu¹⁺活性中心的Cu催化剂相比，固溶体中的Cu²⁺物种（Cu-Ce-O_x）可以显著增强*CO中间体的吸附，促进其进一步加氢生成CH₄，而不是二聚生成C₂产物。

2）结果表明，与大多数Cu基催化剂不同的是，Cu-Ce-O_x对CH₄的法拉第效率高达67.8%，对C₂H₄的法拉第效率较低，仅为3.6%。

研究结果表明，通过材料结构设计保留高价态金属催化活性中心的可能性，为开发各种苛刻还原反应的高性能电催化剂材料提供了一种可行的策略。

参考文献

Xianlong Zhou, et al, Stabilizing Cu²⁺ Ions by Solid Solutions to Promote CO2Electroreduction to Methane, J. Am. Chem. Soc., 2022

DOI: 10.1021/jacs.1c12212

https://doi.org/10.1021/jacs.1c12212