由于多位點的協(xié)同作用，多組分非均相催化劑表現(xiàn)出優(yōu)異的催化性能。然而，在電催化CO2還原反應(yīng)(CO2RR)中，仍缺乏對確定多位點的組成并探索多個活性位點的協(xié)同催化機制的深入研究，這限制了有效的CO2RR催化劑的設(shè)計和制備?；诖?，中科院福建物構(gòu)所曹榮和李紅芳等制備了一系列含有Cu-N4/Cu2O/Cu多活性位點的Cu基納米催化劑，并研究其在CO2RR過程中的催化機理。
研究人員通過調(diào)整Cu-MOF前驅(qū)體的幾何形態(tài)，可以很容易地控制Cu基納米催化劑的化學(xué)組分；得到的立方八面體形(CHK-cOCTA)納米催化劑具有高含量的Cu-N4/Cu2O活性位點，并且對CO2RR表現(xiàn)出最好的催化活性。電化學(xué)測試結(jié)果顯示，CHK-cOCTA對深度還原產(chǎn)物(CH4和C2H4)的法拉第效率接近80%，CH4選擇性高達60%。
結(jié)合傅里葉變換衰減全反射紅外光譜和密度泛函理論(DFT)計算，研究人員詳細(xì)研究了CHK-cOCTA納米催化劑的催化機理：CO2RR的增強源于通過Cu-N4/Cu2O/Cu多組分活性位點的串聯(lián)催化，即CO2首先在Cu-N4位點被還原為CO，然后CO轉(zhuǎn)移到Cu2O/Cu活性位點進一步加氫為深度還原產(chǎn)物。Cu2O活性位點中CO的高覆蓋降低了CH4的能壘，這促進了對CH4的優(yōu)異催化選擇性和高部分電流密度。
Morphology and Composition Dependence of Multicomponent Cu-based Nanoreactor for Tandem Electrocatalysis CO2 Reduction. Applied Catalysis B: Environmental, 2022. DOI:10.1016/j.apcatb.2022.121498
