電催化CO2還原成增值多碳（C2+）產物提供了一種利用可再生電力關閉人為碳循環(huán)的手段，但C2+產物的催化選擇性不理想嚴重阻礙了該技術的實際應用。
基于此，加拿大滑鐵盧大學吳一民教授和卡爾加里大學Samira Siahrostami等人報道了一個級聯的AgCu單原子合金和納米顆粒電催化劑，其中Ag納米顆粒產生CO，AgCu單原子合金促進C-C耦合動力學。結果表明，在所制備的AgCu單原子合金和納米顆粒催化劑下，在-0.65 V、~720 mA cm-2工作條件下，對C2+產物的法拉第效率（FE）為94±4%。
通過DFT計算，作者研究了在Ag摻雜的Cu催化劑表面上對乙烯、乙醇和乙酸進行原子尺度的CO2還原反應機理。CO2RR到C2+產物涉及多種中間體，其中C-C偶聯是決定速率的步驟。Cu(100)上*CO加氫成*CHO和*COH的勢壘分別為0.64和0.94 eV，比CO-CO直接偶聯更有利。因此，作者選擇研究Ag摻雜Cu(100)表面上能量較低的C-C耦合勢壘，即*CO-*CHO和*CO-*COH。
作者還計算了*CO-*CHO在純Cu(100)表面的TS勢壘，為0.55 eV，比Ag摻雜Cu(100)表面高0.1 eV。Ag位點在單原子合金（AgCu SAA）和納米顆粒（AgCu SANP）中均能將CO2轉化為CO，但后者由于活性位較多，預計會促進CO的形成。
結果表明，在CO2還原到CO方面，Ag摻雜Cu是比純Ag表面更好的催化劑。低配位的Ag原子對CO2轉化為CO的反應最活躍，AgCu SANP催化劑預計具有扭結和角點。因此，CO2到CO的還原很可能同時發(fā)生在單個Ag原子和Ag納米顆粒上。
Cascade electrocatalysis via AgCu single-atom alloy and Ag nanoparticles in CO2 electroreduction toward multicarbon products. Nat. Commun., 2023, DOI: 10.1038/s41467-023-41871-w.
