综述：用于从5-羟甲基糠醛电合成2,5-呋喃二甲酸的下一代纳米材料：方法、机制与挑战

本文创新性提出邻近强弱金属原子对策略（Fe-Cu双金属催化剂），通过调控*CO中间体吸附能显著降低CO2还原为C2+产物（乙烯/乙醇）的过电位（0.28-0.49 eV），突破传统铜基催化剂在CO2RR反应中选择性差、能垒高的瓶颈，为C1化合物电催化转化提供新思路。

　　

计算细节

采用VASP软件包进行密度泛函理论计算，使用GGA-PBE交换关联泛函和DFT-D3方法处理范德华力。正交模拟盒参数为a=10.95970 ?，b=10.33290 ?，c=21.458 ?， dipole校正用于消除周期性边界效应。

催化剂构型设计

Fe-Cu双金属催化剂采用五原子层交替堆叠结构（Fe:Cu=1:1），顶层为Fe-Cu活性位点。电荷Bader分析显示Fe位点d带中心上移（强CO吸附），Cu位点则呈现弱吸附特性，二者协同作用使CO₂→*CO能垒降至0.06 eV。

反应机制突破

关键C-C偶联步骤能垒从传统铜基催化剂的>1.0 eV降至0.48 eV：

1. 1.

   Fe位点强力锚定*CO促进活化

2. 2.

   邻近Cu位点弱吸附降低*CO脱附阻力

3. 3.

   电子转移使*OCCO中间体稳定性提升

   最终实现乙烯（0.28 eV）和乙醇（0.49 eV）的低限域电位生产。

策略优势

1. 1.

   强弱吸附位点协同突破Sabatier原理限制

2. 2.

   抑制析氢副反应（HER）

3. 3.

   相较于Ni/Pt基催化剂成本降低60%

应用前景

该设计策略可拓展至其他C1分子（CO、CH₄）转化体系，为碳中和目标下电催化材料开发提供普适性方法论。