ChemSusChem：分子稳定的亚纳米铜电催化CO2甲烷化

中国科学技术大学曾杰、耿志刚和悉尼大学李逢旺等研究人员，报道了一种简单的电化学氧化还原方法，预处理铜基金属有机框架（MOF）材料制备了稳定的亚纳米铜团簇催化剂，用于高选择性CO₂电还原制备甲烷（CH₄）。

利用可再生电能将CO₂电化学催化转化为各类高附加值的燃料和化学品原料，为实现绿色碳循环提供了一种具有前景的方法。催化剂，作为电催化反应的核心，是调控CO₂电化学催化活性和选择性的关键。在CO₂电催化还原反应（CO₂RR）的众多产物中，CH₄作为天然气的主要成分被广泛使用。很多报道提出当Cu催化剂的配位数或者尺寸降低时有利于CH₄的产生，然而低配位数铜团簇在电化学条件下容易发生团聚导致失活，因此如何构筑在电化学条件下稳定的铜活性位点用于电还原CO₂制CH₄，仍具有一定的挑战性。中国科学技术大学曾杰、耿志刚和悉尼大学李逢旺等研究人员，报道了一种简单的电化学氧化还原预处理方法，用于驱动铜基MOF材料原位衍变为亚纳米Cu团簇催化剂。在电流密度为300 mA cm^-2时，CO₂RR产甲烷的选择性（FE）可达51%。在长达9小时的电解测试中，甲烷选择性始终保持在45%以上。一系列原位和非原位表征——包括XRD、XPS、XAS、原位拉曼光谱等——以及对照实验表明亚纳米Cu团簇的稳定性与原始MOF材料中的配体分子有关：衍生后的催化剂表面残存有少量的4, 4'-联吡啶分子，其弱配位作用阻止了铜团簇之间的进一步团聚。

本文为利用电化学处理手段调控铜基材料的CO₂RR选择性提供了新的见解，也为制备亚纳米Cu团簇材料提供了新的途径。

论文信息：Molecular stabilization of sub-nanometer Cu clusters for selective CO₂ electro-methanation

Han Zhang, Yu Yang, Yongxiang Liang, Jun Li, An Zhang, Han Zheng, Zhigang Geng,* Fengwang Li,* and Jie Zeng*

ChemSusChem

DOI: 10.1002/cssc.202102010