开发用于二氧化碳（CO₂）还原反应（CO₂RR）的高活性、高选择性和稳定的电催化剂，对于建立工业化应用的CO₂RR系统，从而实现人工封闭的碳环至关重要。目前人们只能通过在分子水平上基于操作活性中心的知识进行合理的材料设计来开发CO₂RR电催化剂。

近日，滑铁卢大学陈忠伟教授，Aiping Yu创造性的设计了一种准共价耦合的Ni-Cu原子对，其具有良好调节的Ni-3d电子组态，以实现高效的电催化CO₂RR。

文章要点

1）电负性较强的铜元素提高了Ni位点的d轨道能级，从而使反键态远离费米能级，使中间吸附变得容易。这种调节大大降低了速率决定步骤（RDS）（即*COOH形成过程）的反应势垒，这反过来又加快了CO₂RR动力学。与理论预测一致，所开发的双原子中心催化剂表现出比单原子中心催化剂和先前报道的SACs更出色的催化活性和选择性。

2）除了材料创新之外，研究人员通过operando X射线吸收光谱（XAS）监测催化剂动态几何和电子结构，获得了对其潜在催化机制的分子级洞悉。结果表明，在电催化前后，Ni(I)作为有效的活性位点和保持稳定的Ni-Cu原子对结构。

本研究不仅为CO₂RR提供了一种新型高效的非贵金属电催化剂，而且为原子分散金属催化剂的协同效应提供了基础认识。

参考文献

Jianbing Zhu, et al, Quasi-Covalently Coupled Ni−Cu Atomic Pair for Synergistic Electroreduction of CO₂, J. Am. Chem. Soc., 2022

DOI: 10.1021/jacs.2c00937

https://doi.org/10.1021/jacs.2c00937