CO2的电催化转化为增值化学品，尤其是有价值的多碳化学品，是一条可持续源自化石燃料的化学品和燃料的途径，同时可减少CO 2排放。促进C–C键的形成是CO2到多碳（CO2到C2+）的电还原过程的关键问题之一。在开发用于CO2到多碳（CO2到C2+）的电催化剂研究中，块状派生的铜基电极已经取得了巨大的进展，特别是在广泛研究的高表面积“氧化物派生”铜类中。杨培东等人报道了将铜纳米颗粒（Cu NP）整体结构转变为长方体结构，以及在较低的超电势下将CO2选择性电化学转化为多碳的策略。与常规的烧结和失活相比，观察到的动态NPs向着明显的形状形成和理想的催化性能的趋势，因此有必要对电化学演化过程进行深入研究。鉴于在铜纳米催化剂上普遍存在结构动力学以及理解结构对内在活性的影响的重要性，研究工作可能使定向进化策略成为开发用于CO2的电催化剂的新途径。
有鉴于此，加州大学伯克利分校，劳伦斯伯克利国家实验室杨培东教授进一步探索了先前报道的在二氧化碳电还原条件下Cu NP整体结构转变过程。
文章要点：
1）通过密切跟踪动态材料在电解过程中的状态，可以发现材料的异位结构特征（即报道的单晶氧化物纳米立方体），并确认该特征对于C2+活性催化剂是唯一的。同时，确定该特征是由去除偏压后的氧化作用引起的。因此，采用化学钝化技术来阻止这种氧化。随后的钝化非原位表征揭示了第二个特征：由于低结晶度或富集紊乱，其固有C2+活性比结晶对应物提高了7倍。原位表征表明，无序状态部分的出现是由于初始状态的高迁移率导致的，因此可以在数秒的时间尺度上迅速转变。这三种表征共同说明了一种称之为“电化学加扰”的现象，其中阴极偏压会诱导纳米晶体快速融合成活性无序状态，在暴露于环境条件下极易同时发生氧化和结晶。
2）无序的铜结构促进了由CO2形成C–C键，而电化学纳米晶体的加扰是制造此类催化剂的途径。
该研究发现促使人们对无序表面进行更深入的研究，因为无序表面是增强CO2至C2+周转率的结构特征，并促进了结构动力学作为催化剂设计方法的应用前景。
Li, Yifan, et al, Electrochemically scrambled nanocrystals are catalytically active for CO2-to-multicarbons, Proceedings of the National Academy of Sciences, 2020
DOI：10.1073/pnas.1918602117
http://www.pnas.org/content/early/2020/04/15/1918602117
Dohyung Kim,et al, Copper nanoparticle ensembles for selective electroreduction of CO2 to C2–C3 products,
Proceedings of the National Academy of Sciences, 2017
DOI: 10.1073/pnas.1711493114
https://www.pnas.org/content/114/40/10560
