通过局域 Cu–S 配位调控的双原子铜催化剂实现 CO? 电还原选择性生成甲烷

《Science China-Materials》：A diatomic Cu catalyst modulated with local Cu–S coordination enables selective CO2 electroreduction to methane

　　

摘要

电催化CO₂还原生成甲烷是实现碳中和和可再生能源储存的有效策略。尽管基于铜的催化剂在深度CO₂电还原方面表现出巨大潜力，但*CO脱附以及C–C偶联往往限制了CH₄的高选择性和活性。本文通过在HKUST-1中进行硫掺杂并随后热解，合成了一种具有局部Cu–S配位特征的双原子Cu催化剂，记为Cu₂@SC。在CO₂电还原反应（CO₂RR）中，最优的Cu₂@SC-50催化剂实现了高达63.5%的CH₄法拉第效率\((\text{FE}_{\text{CH}_{4}})\)，CH₄分电流密度\((j_{\text{CH}_{4}})\)达到?539.6 mA cm^?2，同时在结构和催化性能方面均表现出优异的稳定性和活性。X射线光电子能谱、X射线吸收光谱和原位红外光谱结合密度泛函理论计算表明，双Cu位点上的O被S部分取代导致Cu–Cu距离缩短和Cu氧化态降低，这些变化被证实与甲烷生成过程中*CO的桥式吸附（*CO_bridge）以及速率决定步骤（*CO_bridge加氢生成*CHO）的能垒降低有关。本工作为调变基于铜的电催化剂活性位点以实现CO₂RR高选择性产CH₄提供了一种有效策略。