二氧化碳（CO₂）电化学还原为甲烷（CH₄）是一种有前景的解决方案，可以在生产有价值的化学原料的同时减少二氧化碳排放。虽然单原子催化剂能够选择性的将CO₂转化为CH₄方面表现应用前景，但是通常单原子催化剂的活性位点数量非常有限，这阻碍了电催化反应过程形成高电流密度，造成了选择性和催化活性的局限。有鉴于此，电子科技大学夏川教授、郑婷婷教授、中国科学院深圳先进技术研究院郑勇平副研究员等报道开发了一种单原子钴Co掺杂的铜催化剂（Co₁Cu），CH₄法拉第效率超过60 %，部分电流密度为-482.7 mA cm^-2。

本文要点：

（1）

机理研究表明，Co单原子的掺入增强H₂O分子的活化和解离，从而降低了*CO中间体的氢化反应能垒。

原位光谱实验和DFT理论计算模拟进一步表明，通过增强桥式结合的方式调节*CO吸附位点的结构，有利于通过C-C偶联或CO脱附反应路径实现深度还原生成CH₄。

（2）

这项研究结果展示了，Co₁Cu催化剂具有克服选择性-活性权衡（selectivity-activity trade-off）的潜力，为CO₂合成CH₄的高效率转化技术和大规模利用提供可能。

参考文献

Jiawei Li, Miaojin Wei, Bifa Ji, Sunpei Hu, Jing Xue, Donghao Zhao, Haoyuan Wang, Chunxiao Liu, Yifan Ye, Jilong Xu, Jie Zeng, Ruquan Ye, Yongping Zheng, Tingting Zheng, Chuan Xia, Copper-Catalysed Electrochemical CO₂ Methanation via the Alloying of Single Cobalt Atoms, Angew. Chem. Int. Ed. 2025

DOI: 10.1002/anie.202417008

https://onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1002/anie.202417008