由于緩慢的析氧反應（OER），水電解制氫的廣泛應用受到其高電壓需求和低能量轉(zhuǎn)換效率的限制?；诖?，美國辛辛那提大學孫宇杰教授和加州大學河濱分校De-en Jiang（共同通訊作者）等人報道了一種Cu3Ag7電催化劑。作者以Cu3Ag7和Ni3N/Ni作為陽極和陰極電催化劑構(gòu)建了一種新型廉價的電催化體系，在堿性條件下驅(qū)動甲醛氧化反應（FOR）和析氫反應（HER），能以200%的法拉第效率產(chǎn)生H2，并在電池電壓僅為0.22 V和0.60 V時分別達到100和500 mA/cm2的工業(yè)相關電流密度。在電流密度為100 mA cm?2和500 mA cm?2時，該催化體系生產(chǎn)H2的雙電極電解槽的能量消耗分別僅為0.30和0.70 kWh/m3 H2，遠低于整體水裂解電解的理論能量需求（2.93 kWh/1 m3 H2）。
通過DFT計算，作者研究了電催化HCHO氧化過程中關鍵步驟的結(jié)構(gòu)和能量學。通過C-H裂解脫氫生成HCOOH*和H*生成了H2C(OH)O*中間體，是關鍵步驟。首先，作者比較了H2C(OH)O*中間體的相對吸附能：在Cu3Ag7上的吸附最優(yōu)，O基團錨定在Cu2Ag1的空心位點上；H2COH基團相對于Cu2Ag1位點的明顯交錯構(gòu)象，不同于Cu(111)和Ag(111)上更多的重疊構(gòu)象。對H2C(OH)O*在Cu2Ag1位點上的錨定O族的投射態(tài)密度的分析表明，在-1.5至-1.0 eV之間存在O 2p態(tài)與Cu 3d態(tài)以及在-6至-5和-4至-3 eV之間存在Ag 4d態(tài)的強烈軌道混合。換言之，雙金屬表面分離的兩個d帶的存在為吸附和穩(wěn)定H2C(OH)O*中間體提供了更大的靈活性。實際上，從交錯吸附構(gòu)象來看，Cu3Ag7上的C-H裂解更加容易。在C-H裂解后，兩個H*在Cu3Ag7上形成H2也很容易：能壘為0.66 eV，鑒于熵的影響，能壘將進一步降低。為完成反應，HCOOH*將從表面解吸，然后在溶液中脫質(zhì)子生成甲酸鹽。Dual hydrogen production from electrocatalytic water reduction coupled with formaldehyde oxidation via a copper-silver electrocatalyst. Nat. Commun., 2023, DOI: 10.1038/s41467-023-36142-7.https://doi.org/10.1038/s41467-023-36142-7.
