综述：铜合金电催化剂在电催化CO2还原中的理性设计

这篇综述系统阐述了铜(Cu)基合金催化剂在电催化CO2还原(CO2RR)中的设计原理与应用进展。通过合金化策略调控电子结构（*CO/*COOH吸附能）与几何效应（C-C耦合动力学），有效解决了纯Cu催化剂选择性低（C2H4/C2+醇类）、稳定性差等问题，为碳中性能源转化提供了材料设计路线图。

　　

Abstract
电催化二氧化碳还原(CO₂RR)是将CO₂转化为多碳燃料的创新技术，其中铜(Cu)基催化剂因其独特的C-C耦合能力成为核心材料。然而纯Cu存在选择性差（如C₂H₄产率不足）、中间体(CO)吸附不稳定等问题。Cu合金通过引入Ag/Zn/Sn等元素，形成双金属电子效应，显著优化了COOH/*OCHO等关键中间体的吸附自由能，使C₂₊产物法拉第效率提升至80%以上。

Introduction
CO₂作为主要温室气体，其转化技术备受关注。相比光催化和热催化，电催化能在温和条件下生成CO/HCOOH/CH₄/C₂H₄等产物。Cu的独特之处在于可生成C₂₊含氧化合物，但面临氢析出反应(HER)竞争和表面重构的挑战。合金化通过调控质子吸附动力学（如Cu-Ag抑制HER）和构建Cu⁰/Cu⁺活性位点，实现了性能突破。

Catalytic mechanisms
CO₂活化需克服799 kJ mol^-1的C=O键能。催化剂通过稳定CO₂^-中间体降低能垒，其中Cu合金的d带中心位移可调节CO二聚能垒（从1.05 eV降至0.72 eV）。关键步骤包括：CO₂→*COOH→*CO→*OCCO，合金界面能加速电子转移速率达10³ s^-1量级。

Design strategies

1. 电子效应：Zn掺杂使Cu的d带中心下移0.3 eV，削弱*CO吸附强度；
2. 几何效应：纳米多孔结构使活性位点密度提升5倍；
3. 界面工程：Cu-SnO_x界面促进*OCHO中间体稳定，HCOOH选择性达95%。

Cu alloys for selective reduction

• C₁产物：Cu-Zn使CO选择性>90%（*CO弱吸附）；
• C₂₊产物：Cu-Ag(111)晶面促进*CO二聚，C₂H₄产率提升至60%；
• 含氧化合物：Cu-Ce合金通过氧空位稳定*CH₃O中间体，乙醇占比达42%。

Future perspectives
机器学习辅助的合金设计（如预测Cu-Y组合的ΔG_*CO）与原位表征技术（operando XAFS）结合，将推动催化剂开发进入"按需设计"阶段。该领域仍需解决合金相分离、工业级电流密度(>500 mA cm^-2)下的稳定性等挑战。