由可再生电力驱动的二氧化碳(CO₂)有效转化为增值材料和原料，是减少温室气体排放和关闭人为碳循环的一项有前途的战略。最近，人们对用于CO₂还原反应（CO₂RR）的Cu₂O基催化剂产生了浓厚的兴趣，因为它们具有增强C−C耦合的能力。然而，Cu₂O中Cu⁺的电化学不稳定性导致其不可避免地还原为Cu⁰，导致C₂₊产物的选择性较差。

在此，北京化工大学Yiming Yan，Zhiyu Yang提出了一种非常规且可行的策略，通过在Ce-Cu₂O中构建Ce⁴⁺ 4f−O 2p−Cu⁺3d网络结构来稳定Cu+。

文章要点

1）实验结果和理论计算证实，与传统的d−p杂化相比，基于高阶Ce⁴⁺4f和2p的Ef附近非常规轨道杂化能够更有效地抑制晶格氧的浸出，从而稳定Ce-Cu₂O中的Cu⁺。

2）与纯Cu₂O相比，Ce-Cu₂O催化剂在-1.3V的CO₂RR过程中将C₂H₄/CO的比率提高了1.69倍。此外，利用原位和异位光谱技术追踪CO₂RR条件下铜的氧化价具有时间分辨率，识别Ce-Cu₂O催化剂中维持良好的Cu⁺物种。

这项工作不仅为涉及高阶4f和2p轨道杂化的CO₂RR催化剂设计提供了一条途径，而且还提供了对催化剂金属氧化态依赖性选择性的深入见解。

参考文献

Yanfei Sun, et al, Boosting CO2 Electroreduction to C2H4 via Unconventional Hybridization: High-Order Ce4+ 4f and O 2p Interaction in Ce-Cu2O for Stabilizing Cu+, ACS Nano, 2023

DOI: 10.1021/acsnano.3c03952

https://doi.org/10.1021/acsnano.3c03952