斯威本科技大学Rosalie K. Hocking，新南威尔士大学悉尼分校Rahman Daiyan,和Rose Amal研究发现Cu-N4 位点对 CO2RR 表现出更高的内在活性，而 Cu-N4 和 Cu-N4-x-Cx 位点都对 NO3RR 具有活性，在Cu SAC上进行 CO2RR 和 NO3RR 耦合形成尿素，揭示 *COOH 结合作为决定尿素生产催化活性的关键参数的重要性；Cu SAC在 -0.9 V vs.RHE时电流密度为 -27 mA cm-2，尿素产生的法拉第效率为 28%。on>
DFT计算反应途径所涉及的能量变化，了解Cu-N-C 配位结构上的 CO2RR 和 NO3RR 活性。计算发现与第一个基本步骤相关的能量变化在每个模拟位点之间是相似的，而与 Cu-N3-C1 和 Cu-N2-C2 相比，*COOH 的形成在 Cu-N4 上更有利，具有 Gibbs自由能 (ΔG) 分别为 1.21、1.33 和 1.33 eV；因此，提出*COOH 的形成是 Cu-GS 催化剂上 CO2RR 的速率确定步骤（RDS），因此 Cu-GS-800 催化剂（具有 Cu-N4 位点）实现更高的 CO2RR 催化性能；进一步通过 *H 反应步骤（该反应中的关键中间体）研究伴随 CO2RR 和 NO3RR的竞争性 HER。发现每种催化剂的*H吸附 ΔG 相似（在 Cu-N4、Cu-N3-C1 和 Cu-N2-C2 位点上分别为 1.34、1.38 和 1.32 eV），解释每种催化剂在酸性、碱性和中性环境中具备类似的 HER活性。因此，CO2RR 活性取决于 *COOH 中间体的形成，即与 Cu-N4-x-Cx 位点相比，在 Cu-N4 位点上更有利。紧接着DFT计算研究导致 NH3 形成的NO3RR 反应路径。发现NO3RR反应路径在每个Cu位点表现出相似的能量。而*NH 形成的能量存在显着差异，其在Cu-N4 位点的形成能为-4.43 eV，而在Cu-N3-C1 和 Cu-N2-C2 位点上分别为-7.17和 -6.51 eV。这可能是 NO3RR 中潜在的限速步骤，并且可以解释随着热解温度从 800 增加到 1000 °C，导致部分Cu-N4 转化位点到 Cu-N4-x-Cx 位点，因此展现出改善的NO3RR性能。Josh Leverett, Thanh Tran-Phu, et al. Tuning the Coordination Structure of Cu-N-C Single Atom Catalysts for Simultaneous Electrochemical Reduction of CO2 and NO3– to Urea. Adv. Energy Mater. 2022, 2201500https://doi.org/ 10.1002/aenm.202201500
