使用可持续能源将CO2电化学转化为增值产品是环保和经济的方法。众所周知，具有高能量密度的C2+烃或含氧化合物如乙醇、乙烯和正丙醇，对于解决能源危机具有很大价值。然而，复杂的产物选择性限制了CO2减排的发展和应用，这种对C2+的选择性的起源是一个突出的研究课题。近日，中科院上海高等研究院王宇和北京理工大学陈文星等合成了负载在氮掺杂碳纳米片(Cu/N0.14C)上的CuO簇作为分散的电催化剂，实现了在稳定性、活性和选择性方面优于CuOx催化剂的高性能CO2还原。在CO2饱和的0.1 M KHCO3溶液中评估了Cu/NxC催化剂的电化学CO2RR活性，其中制备的具有适当氮含量的Cu/N0.14C催化剂在-1.1 VRHE下表现出73%的高C2+产物法拉第效率，包括51%的良好乙醇选择性和14.4 mA cm-2的部分电流密度，同时表现出极好的长期CO2电还原耐久性(超过10小时)，研究也表明了氮含量的增加有助于但仅限于提高活性。研究人员证明了催化剂的重组并跟踪了反应条件下活性状态的变化，展示了该催化剂的原子构效关系。Operando XAS、XANES模拟和准原位XPS分析确定了从分散的CuO簇到作为最佳位点的Cu2-CuN3簇的可逆电位依赖性转变；N掺杂均匀地分散了还原的Cun簇，并通过调节Cu原子和N掺杂碳界面之间的电荷分布保持了优异的稳定性和高活性。通过结合Operando FTIR和DFT计算表明，Cu2-CuN3簇表现出电荷不对称位点，CH3*吸附增强了该位点，有利于高效不对称乙醇的形成。该研究结果提出了一种设计预催化剂以调节电子转移和原位生成超小金属簇作为高分散不对称位点锚定在基底上的策略，这是促进不对称产物形成的关键因素。Complementary Operando Spectroscopy Identification of In-Situ Generated Metastable Charge-Asymmetry Cu2-CuN3 Clusters for CO2 Reduction to Ethanol. Nature Communications, 2022. DOI: 10.1038/s41467-022-29035-8
