拓扑对偶性：构建具有高度活性位点的高核金属簇，以实现高效且持久的二氧化碳电还原

提出拓扑双驱动策略构建高核Cu24Ag54纳米簇，具有八面体外壳和双截角立方体核心，暴露{Ag3}顶点，显著提升CO2电还原性能（法拉第效率98%，电流密度750 mA cm-2，稳定性超100小时），并通过结构设计降低*COOH形成能垒50%。

　　

摘要

在金属纳米簇（MNCs）中对活性位点进行原子级别的精确控制，为催化剂工程以实现CO₂电还原提供了有前景的途径。然而，如何在构建高核数MNCs的同时平衡催化稳定性和活性位点的暴露度，目前有效的策略仍然较少。在此，我们提出了一种“拓扑对偶性驱动”的策略来构建高核数的Cu₂₄Ag₅₄纳米簇，该纳米簇具有八面体结构的{Cu₂₄}外壳和双截断立方体结构的{Ag₅₄}核心，其中{Ag₃}顶点暴露在{111}面上。值得注意的是，双截断立方体是一种以前未被探索过的凹多面体，其{111}面的数量是传统结构的两倍多。作为CO₂电还原的催化剂，Cu₂₄Ag₅₄表现出优异的性能：CO的法拉第效率约为98%，催化稳定性超过100小时，电流密度高达750 mA cm^?2（总电流3 A），这些性能在已报道的MNCs中属于最高水平。专门的研究表明，嵌套结构和增强的电子离域性是催化剂耐久性的基础。从Ag到关键中间体*COOH的电子转移以及电子离域效应显著降低了*COOH形成的能量障碍，降低了50%。这项工作为利用拓扑几何结构设计高核数MNCs以实现高效且稳定的CO₂电还原提供了新的视角，尤其是在工业电流密度下。

图形摘要

采用“拓扑对偶性驱动”的策略构建了高核数的Cu₂₄Ag₅₄，该纳米簇在CO₂电还原过程中表现出令人印象深刻的反应性和耐久性，选择性达到98%，电流密度高达750 mA cm^?2。

利益冲突

作者声明没有利益冲突。