韩宇/黄建峰综述：含铜纳米晶用于电化学CO2还原的研究进展

电化学CO₂还原（ECR）为增值化学品和燃料是同时实现碳固定和可再生能源存储的一项前景广阔的技术。就ECR催化剂来说，铜是唯一一种能够直接催化C–C偶联进而生产多碳产物的金属。然而，铜催化剂所缺乏的足够活性、选择性和稳定性使得该CO₂至多碳的转化技术并不足以实际应用。基于广泛研究的成果，含铜纳米晶体电催化剂不仅通常表现出比块体材料更好的催化性能，而且它们明确的结构和高度可调的元素组成能够促进深入的机制研究，进而指导高性能电催化剂的进一步设计和开发，因此在近些年备受青睐。

图1. 含铜纳米晶用于电化学CO₂还原

从纳米晶的结构调控关键中间体的吸附的角度出发，作者详细地探讨了包括单金属铜纳米晶的尺寸、晶面、缺陷和晶相，含铜双金属/多金属纳米晶的电子效应、几何效应、串联催化和协同效应，含铜化合物纳米晶的Cu^δ+ 物种，以及铜-氧化物复合物纳米晶的协同界面作用等在内因素对ECR性能的影响，深入地阐释了各类纳米晶体的结构特征、催化作用机制及在ECR过程中所表现出的典型催化效应（如图2）。

图2. 一些含铜纳米晶的结构表征、催化效应和作用机制

鉴于铜原子的低电负性和高迁移性，作者还深入分析了铜纳米晶催化剂的常见结构重构机制，包括颗粒烧结和颗粒分割等，以及由此所导致的ECR性能的变化（如图3）。

图3. 含铜纳米晶的结构重构（颗粒烧结和颗粒分割）

该综述仔细研究了基于含铜纳米晶催化剂的ECR，利用这些结构明确的纳米颗粒作为模型平台，获取对该复杂反应的基本理解并确定催化活性位点；同时，展望了含铜纳米晶催化剂种类的扩展、活性位点的识别和稳定以及这些纳米晶体工业操作的探索等方面的挑战和机遇，希望能够为合理设计和开发高效的面向高附加值化学品的ECR电催化剂提供有益的指导。