電催化二氧化碳還原反應（CO2RR）提供了一種可持續的途徑，利用可再生能源將CO2轉化為附加值高的多碳（C2+）化學品。
銅（Cu）被認為是生成C2+產品的有前景的催化劑，但存在法拉第效率（FE）低和穩定性差的問題。
2025年7月22日，武漢工程大學易群、張競方在國際知名期刊 Advanced Functional Materials發表題為《Ligand-Hybridization Engineering Enabling Stable Cuδ+ for Durable CO2 Electroreduction to C2+ Products》的研究論文，Youluan Lu為論文第一作者，易群、張競方為論文通訊作者。
在本文中，作者展示了一種在Cu2(OH)3NO3（CuON）上的配體雜化策略，通過部分用醋酸配體取代羥基或硝酸根來精確調節Cu位點的配位環境。
配體雜化促進了電子在Cu位點和配位的醋酸配體之間的離域，并誘導了活性Cuδ+物種的形成和穩定，從而促進了高效且穩定的C-C偶聯反應，用于選擇性產生C2+。
醋酸雜化的CuON催化劑（AH-CuON）在高電流密度400 mA cm?2下向C2+產物展現出高達74.7%的法拉第效率（FE），同時保持了對CO2還原反應（CO2RR）20 h的穩定性。
圖1：AH-CuON結構及形貌表征。(a) AH-CuON合成示意圖。(b) SEM圖。(c) TEM圖。(d) EDX元素分布圖。(e) FTIR譜圖。(f) AH-CuON晶體結構精修圖。(g) Cu LMM光譜圖。(h) Cu K邊XANES譜圖。(i) Cu K邊EXAFS譜圖。
圖2：AH-CuON和CuON電催化CO2還原性能測試。(a) LSV曲線。(b) AH-CuON不同電流密度下C2+產物分布。(c) CuON不同電流密度下C2+產物分布。(d) AH-CuON穩定性測試。(e) AH-CuON與其他Cu基催化劑性能對比。
圖3：CuON和AH-CuON在CO2還原過程中的結構演變。(a) FTIR譜圖。(b) 拉曼光譜圖。(c) Cu LMM光譜圖。(d) Cu K邊XANES譜圖。(e) Cu K邊EXAFS譜圖。(f) EXAFS譜圖的小波變換。
圖4：CO2還原反應機制研究。(a) CuON原位ATR-SEIRAS譜圖。(b) AH-CuON原位ATR-SEIRAS譜圖。(c) AH-CuON和CuON吸附*CO時的電荷密度差圖。(d) ELF圖和PDOS圖。(e) CuON PDOS圖。(f) AH-CuON PDOS圖。(g) *CO轉化為*CHO或*OCCO的吉布斯自由能圖。
綜上，作者通過配體雜化策略，將醋酸根部分替代銅氫氧化物（Cu2(OH)3NO3，簡稱CuON）中的羥基或硝酸根，成功制備了醋酸根雜化的CuON催化劑（AH-CuON），并將其應用于高效穩定的二氧化碳電還原反應（CO2RR），實現了二氧化碳向多碳（C2+）產物的高效轉化。
作者成功實現了通過配體雜化策略調控銅基催化劑的電子結構，顯著提高了C2+產物的法拉第效率，最高可達74.7%，并且催化劑在20 h內保持穩定運行。這一成果不僅為設計高效、穩定的銅基CO2RR催化劑提供了新的理論依據和方法。
Ligand-Hybridization Engineering Enabling Stable Cuδ+ for Durable CO2 Electroreduction to C2+ Products. Adv. Funct. Mater., 2025. https://doi.org/10.1002/adfm.202512342.
