单原子切换铜纳米簇

产物选择性骤变

同构铜簇仅换一个原子，电还原产物从CO跳变到深度还原的碳氢化合物。

韩超 · Yang, Tao · 杜袁鑫 · Jin, Shan · 朱满洲

Angewandte Chemie - International Edition 2025

具体参数

CO法拉第效率

{'zh': '13', 'en': '13'} %

碳氢化合物法拉第效率

{'zh': '54.3', 'en': '54.3'} %

技术优势

看得见单原子作用

同构纳米簇仅一个铜原子差异，排除结构干扰，能明确将产物选择性变化归因于该单原子替换。

产物选择性骤变

将CO₂还原产物从仅有CO转变为碳氢化合物（CH₄和C₂H₄），最高法拉第效率达54.3%。

机理清晰

结合晶体学与计算分析，并辅以原位表征和动力学实验，确定单原子如何优化电子结构、促进CO₂活化和水解离。

应用场景

• CO₂电还原催化剂：提供原子级精确模型催化剂，用于揭示活性位点与选择性关系，指导高效催化剂理性设计。
• 碳氢燃料电合成：在温和条件下将CO₂电还原为CH₄和C₂H₄，直接合成碳氢燃料，避免高温高压热化学路径。
• 单原子催化设计：展示仅替换一个表面铜原子即可翻转产物选择性，为单原子催化设计提供原子级实验证据和机制理解。
• 电化学能源转化：将CO₂这一温室气体电催化转化为高附加值燃料，为可再生能源存储提供电化学转化新途径。