综述：铜基催化剂电化学还原二氧化碳制备C2+产物的研究进展

这篇综述系统梳理了铜基催化剂在CO2电化学还原（CO2RR）中的最新进展，重点探讨了单金属铜、铜氧化物和铜掺杂双原子单原子催化剂（DSACs）三类材料的设计策略与机理，揭示了电子结构调控和表面缺陷工程对C2+产物选择性的影响，为碳循环利用和可持续能源发展提供了重要理论支撑。

　　

电化学还原二氧化碳的挑战与机遇

随着全球能源危机和环境问题加剧，将二氧化碳（CO₂）转化为高附加值化学品成为研究热点。CO₂分子因其稳定的π键结构难以活化，需克服高能垒实现多电子转移。铜基催化剂因其独特的电子结构，能选择性生成C₂₊产物（如乙烯、乙醇），但面临高过电位、反应动力学缓慢和产物选择性低等挑战。

还原机制与关键步骤

CO₂RR涉及复杂的多步质子-电子转移过程。关键中间体CO的形成是C₂₊产物的核心步骤，其通过二聚化生成C₂O₂^?，进而质子化为COCOH。铜催化剂（100）、（111）、（211）晶面中，（110）晶面因适中的CO吸附能更利于C-C耦合。水分子和阳离子的引入可降低*CO二聚能垒，提升C₂₊选择性。

纳米结构与单原子铜催化剂

纳米铜催化剂通过调控尺寸、晶面和表面原子密度优化性能。例如，44 nm铜纳米立方体因高密度边缘原子促进C-C耦合，乙烯法拉第效率（FE）达41%。单原子铜（SACs）虽原子利用率高，但易聚集失活。脉冲电位调控合成的Cu(I)/Cu(0)核壳纳米盘，通过不对称CO-COH耦合使乙醇FE提升至35.4%。

铜氧化物催化剂的突破

Cu₂O暴露（100）晶面时，C₂H₄选择性显著提高。氮掺杂CuO通过等离子体处理，C₂H₄ FE达83.2%，且稳定性长达22小时。环糊精修饰的铜催化剂通过增强*CO吸附，使C₂₊产物FE超过50%。

铜基双原子催化剂的协同效应

Cu-Zn DSACs中，Zn弱吸附CO的特性促进其向Cu位点迁移，乙醇FE达48.6%。Cu-Ni催化剂通过轨道耦合降低质子化能垒，乙烯选择性达52.7%。Cu-Sb合金因Sb调控Cu电子结构，C₂H₄ FE提升至49.7%。Ag修饰的Cu₂O通过CO溢出效应，实现94%的C₂₊产物选择性。

未来展望

工业应用需解决催化剂稳定性与成本问题。建议结合原位表征（如XAS+Raman）解析活性位点动态变化，开发气体扩散电极提升传质效率。通过理论计算指导双金属比例优化，如Cu-Ag核壳结构可降低乙醇生成能垒30%，为规模化生产提供新思路。