銅(Cu)是電催化二氧化碳還原反應(CO2RR)生成碳氫化合物和多碳氧合物的高效元素，其中具有可調界面特性和局部化學環境的Cu氧化物基催化劑得到了相當大的關注。但是，Cu氧化物基催化劑在CO2RR下通常發生結構演化和活性位點降解；同時，催化劑上緩慢的動力學導致析氫反應(HER)與C−C偶聯反應競爭，使得CO2RR活性、選擇性和穩定性顯著降低。

一些理論和實驗研究已經證實，將Cu位點加入到Cu氧化基催化劑中，能夠在Cu(0)/Cu(I)界面提高*CO的吸附和促進C−C偶聯來提高C2的産量。然而，Cu氧化物基在CO2RR過程中面臨的一個挑戰是活性Cu(I)物種的還原，導致低選擇性和快速失活。因此，在CO2RR過程中創建和維持豐富的Cu(0)/Cu(I)界面對于實現高選擇性CO2RR具有重要意義。

近日，東南大學張一衛和余慧軍等利用自下而上的策略合成了一系列具有豐富且緊密耦合Cu(0)/Cu(I)界面的球形結構CuO/Cu2O。值得注意的是，通過調節水熱時間能夠控制催化劑界面形成，從而調節C1和C2産物的轉化率。

實驗結果表明，還原處理最短的CuO/Cu2O光滑球對CH4具有較高的選擇性；將還原處理延長至4小時後得到的Cu0.25@Cu2O催化劑(具有中等的Cu(0)/Cu(I)界面)對CO2RR具有良好的催化活性，C2産物法拉第效率達90.5%，並且在連續運行12小時內表現出優異的穩定性。此外，隨著催化劑老化時間延長至7小時，催化劑上的CO2主要轉化爲甲酸。

研究人員利用原位SR-FTIR表征和密度泛函理論(DFT)計算揭示了CO2在催化劑界面上轉化爲C2産物的機理：適當比例的Cu(0)和Cu(I)位點耦合構建了一個理想的界面Cu電子結構，*CO中間體在優化的Cu(0)/Cu(I)界面上富集並形成*OCCO，該步驟具有較低的能壘，從而引導CO2轉化爲C2産物，提高了CO2RR反應選擇性和活性。

總的來說，該項工作通過調控Cu(0)/Cu(I)界面導向了CO2的轉化，這位合理設計和開發高性能的Cu基CO2RR催化劑提供了一個有效的策略。

Bottom-up growth of convex sphere with adjustable Cu(0)/Cu(I) interfaces for effective C2 production from CO2 electroreduction. Angewandte Chemie International Edition, 2024. DOI: 10.1002/anie.202404123