全文概要

北京理工大学黄志琦课题组 报道了一种通过硫（S）与氮（N）原子协同配位调控亚纳米铜簇电子结构的策略，实现了CO₂电还原反应路径向多碳醇（C₂₊醇，如乙醇、正丙醇）的高效定向转化。该Cu/SNC催化剂在工业级电流密度（200 mA cm⁻²）下，C₂₊醇法拉第效率高达59.1%，醇/乙烯比例达7.21，较无配位Cu/C催化剂提升约19倍。机理研究表明，S与N的协同配位可精准调控关键中间体（CO、OCHCH₂）的吸附能，促进不对称C–C耦合，同时增强C–O键、削弱Cu–O键，从而稳定醇类产物路径并抑制乙烯副反应。

本文要点

1. 配位结构调控：S/N双配位有效锚定亚纳米铜簇，防止其团聚，并通过电子重构调控中间体吸附行为。

2. 反应路径优化：N促进CO₂活化，S降低CO吸附能垒并促进H₂O解离，协同推动CO–*COH不对称耦合，降低反应能垒。

3. 高选择性与稳定性：在流动池中表现出优异的C₂₊醇选择性与长期稳定性（40 h测试后结构保持完整）。

4. 机理验证：结合原位红外光谱与DFT计算，揭示了S/N配位在调控Cu–C、C–O与Cu–O键能中的关键作用。

文献详情

Qingfeng Hua, Guang Feng, Lina Su, et al. Atomic Coordination Engineering of Sub‐Nanometer Cu Clusters for Selective CO₂ Electroreduction to Multi‐Carbon Alcohols, Angew. Chem. Int. Ed. (2025)

DOI: 10.1002/anie.202518377

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https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/anie.202518377