非金属邻位调控：开辟二氧化碳电还原制多碳产物新路径

高安培级电流下，二氧化碳（CO2）电还原制多碳（C2+）产物受竞争反应制约。研究人员提出中间调制策略，筛选出磷（P）修饰铜（Cu）异质位点催化剂。该催化剂 C2+电流密度达 1.05 A cm?2 、法拉第效率 87.7%，以低成本优势助力 CO2转化。

　　在碳中和能源循环中，将二氧化碳（CO₂）高效且高选择性地电还原为多碳（C₂₊）产物意义重大。然而，在安培级电流密度下，单碳（C₁）产物和氢气（H₂）的竞争生成阻碍了这一过程。尽管近期通过用银（Ag）、钯（Pd）和镓（Ga）等贵金属元素修饰铜（Cu）催化剂，在提升 C₂₊产物性能方面取得了进展，但实现对目标产物的可切换选择性仍颇具挑战。
研究人员采用中间调制策略，筛选出一种非金属磷（P）修饰的 Cu 异质位点催化剂，以实现理想的 C₂₊产物生成。与现有使用贵金属掺杂剂的体系相比，该催化剂利用更廉价的非金属元素，设计原理更具效率优势。其高电流密度和低成本元素的特点，在实际工业需求下，为将 CO₂高效转化为高价值化学品提供了显著优势。
理论计算表明，?CO 中间体的结合强度和质子化作用是控制 Cu 催化剂上决定选择性的分支反应路径的一对关键描述符。因此，研究人员提出使用非金属 P 修饰的 Cu（P-Cu）异质位点催化剂的中间调制策略，来实现理想的 C₂₊产物生成。P 位点增强了相邻 Cu 位点的电荷积累，这既强化了?CO 的吸附，又促进了由水分子（H₂O）活化产生的活性氢（?H）供应，有利于通过富?H 辅助质子化（RHP）路径生成?CHO。随后，具有最低能垒的?CO - ?CHO 偶联路径，使主要反应路径从生成不期望的 CO 和 H₂，转变为生成更高价值的乙烯和乙醇。研究人员实现了 C₂₊部分电流密度达到 1.05 A cm^?2 ，法拉第效率达到 87.7% 。这种利用更廉价非金属元素的催化剂设计原理，优于此前报道的使用贵金属掺杂剂的成果。