综述：电催化CO2还原制化学品和燃料：从单原子到双原子催化剂

本综述系统阐述电催化CO2还原反应(CO2RR)领域最新进展，重点对比单原子催化剂(SACs)与双原子催化剂(DACs)的原子级设计策略。通过分析反应路径机制、中间体调控及C-C偶联等关键环节，揭示DACs在提升金属负载量、优化活性位点构型方面的突破性优势，为清洁能源转化提供新思路。

　　

电催化CO₂还原制化学品和燃料：从单原子到双原子

Abstract
近年来，单原子催化剂(SACs)因其卓越的原子利用效率在电化学CO₂还原反应(CO₂RR)领域崭露头角。然而，其金属负载量低、活性位点结构单一等固有缺陷制约了实际应用。原子级活性位点工程成为突破SACs局限的革命性策略，在此基础上发展的双原子催化剂(DACs)展现出更丰富的配位环境和协同效应。

反应路径与机制
CO₂RR涉及多电子转移过程，主要产物包括CO、甲酸、甲烷及多碳化合物。关键中间体如*COOH、CO和CHO的吸附强度直接决定反应选择性。DACs通过双金属位点的电子耦合作用，可同时优化CO₂活化与C-C偶联能垒，显著提高C₂₊产物收率。

催化剂设计与表征
精确调控金属-载体相互作用是构建高效催化剂的核心。先进的球差校正电镜(AC-STEM)和X射线吸收精细结构(XAFS)技术证实，DACs中金属间距控制在3-4?时可形成最佳电子轨道重叠。对比传统SACs的孤立位点，DACs特有的M₁-M₂双中心结构能同步实现CO₂分子活化与质子转移。

性能优势解析
在相同金属载量下，DACs展现出三大突破性优势：金属负载量提升300%、C₂H₄法拉第效率达80%以上、过电位降低200mV。这种增强源于双原子位点对关键中间体的桥式吸附，以及d轨道电子重新排布带来的能带调控效应。

挑战与展望
当前DACs研究仍面临大规模制备重现性差、复杂反应机理认知不足等挑战。未来发展方向包括开发普适性合成方法学、建立构效关系数据库，以及开发适用于工业级电流密度(>500mA/cm²)的膜电极组件。

Conflict of Interest
作者声明无利益冲突