吡啶衍生物修饰CuPt双金属催化剂高效电催化CO2 还原制甲醇和甲烷

为解决CO2 电催化还原（CO2 RR）中产物选择性与催化稳定性不足的问题，研究人员通过M-S键一步法构建了吡啶衍生物修饰的Cu1 Pt0.05 -SPyx 复合材料。该催化剂在H-cell中实现85.4%的总法拉第效率（FE），甲醇和甲烷选择性达50.2%，流池中电流密度提升至300 mA cm–2 。研究揭示了金属-吡啶协同效应促进质子转移的机制，为CO2 资源化提供了新型高效催化剂。

　　

随着全球能源需求激增和化石燃料过度使用，大气二氧化碳（CO₂
）浓度攀升引发严峻的环境问题。将CO₂
电催化还原（CO₂
RR）为高附加值化学品（如甲醇、甲烷）被视为实现碳循环的理想途径，但现有催化剂普遍面临产物选择性低、稳定性差等挑战。铜基催化剂虽能生成多碳产物，但其对*CO中间体的强吸附特性限制了反应效率。与此同时，吡啶化合物虽可促进质子转移，但液相添加模式存在分离回收难题。

针对上述问题，中国石化石油化工科学研究院等机构的研究人员创新性地将吡啶衍生物通过金属-硫（M-S）键锚定在CuPt双金属表面，开发出Cu₁
Pt_0.05
-SPy_x
系列催化剂。该材料在《Molecular Catalysis》发表的研究中展现出卓越性能：H-cell测试中总法拉第效率（FE）达85.4%，甲醇和甲烷选择性突破50.2%；流池反应器更将电流密度提升至300 mA cm^–2
，较传统体系提高7倍。这一突破源于Pt调控Cu电子结构增强吡啶修饰量，同时M-S键构建的稳定界面有效促进了质子转移与*CO中间体氢化。

关键技术包括：1）一步还原法合成M-S键修饰的CuPt复合材料；2）X射线衍射（XRD）和X射线光电子能谱（XPS）表征材料结构；3）H-cell与流池反应器评估电催化性能；4）同位素标记实验验证质子转移路径。

【材料表征与分析】
通过XRD证实Cu₁
Pt_0.05
-SPy_0.5
成功保留金属晶体结构，XPS显示Pt⁴⁺
还原为Pt⁰
并增强Cu-S键强度。透射电镜（TEM）观察到2-5 nm的均匀颗粒分布，能谱（EDS）图谱证实Cu、Pt、S元素共定位。

【催化性能】
在-1.33 V电位下，Cu₁
Pt_0.05
-SPy_0.5
的甲醇FE达32.1%，甲烷FE为18.1%，显著高于未修饰样品。同位素实验证明吡啶中的N-H键直接参与CO₂
加氢过程。

【结论与意义】
该研究通过M-S键策略实现了三个突破：1）解决吡啶液相添加的分离难题；2）Pt引入使吡啶负载量提升3.2倍；3）协同效应使催化剂在300小时测试后活性仅衰减9.3%。Yali Wang等开发的材料为CO₂
RR提供了兼具高选择性与工业级电流密度的解决方案，其“金属-有机界面协同调控”思路可拓展至其他多相催化体系。