将CO2电化学还原为高价值碳氢化合物和含氧化合物是一种储存间歇性可再生能源的有效技术。多种催化剂能够催化CO2向CO的转化，而CO的进一步还原几乎只发生在Cu上，并且单组分铜催化剂具有烃类和含氧化合物的高过电势和低法拉第效率。结合CO2在Au、Ag、单原子催化剂等上转化为CO，在Cu上将CO进一步还原是实现高选择性和高还原产物形成率的有前景的策略。
近日，南方科技大学顾均课题组本总结了CO形成催化剂对Cu基串联体系中Cu催化剂上形成深度还原产物的影响，探讨了两种催化剂的空间分布与CO传质模式之间的相关性，并讨论了CO传质如何影响CO的利用效率和高度还原产物的形成率。
CO2到CO的过程和CO的进一步还原在串联催化剂上解耦，因此，限制CO2超过2个电子的还原动力学的线性比例关系可以被打破。CO形成催化剂可以在Cu催化剂附近产生局部过饱和的CO，这有利于通过*CO在低过电位条件下二聚形成C-C键，并提高C2+产物的形成速率。
除了为Cu催化剂产生CO外，CO形成催化剂还可能通过一些间接的方式影响Cu的催化性能，包括调节Cu的电子结构、与Cu形成合金以及调节Cu催化剂附近的局部pH值，这些效应还可能提高某些C2+产物的选择性和部分电流密度。CO从CO生成催化剂到Cu催化剂的传质是CO2级联还原的关键步骤。对于在一个颗粒上具有两种催化位点的催化剂，包括合金、异质结构和一种金属在另一种金属上的亚单层或岛，*CO中间体的表面传输是可能的。
当CO传质遵循解吸-扩散-再吸附策略时，将Cu催化剂置于CO通量下游可以最大限度地提高CO的利用效率，从而提高深度还原产物的FE。以CO形成催化剂为核、多孔Cu作为壳的核壳结构就是一个例子，因为从核产生的所有CO分子都必须通过壳催化剂扩散；而反向结构，被CO形成催化剂包围的Cu NPs，通常对CO的选择性较高，对串联还原产物的选择性较低。
在反向结构中，Cu NPs附近的局部CO浓度应该高于包裹CO形成催化剂的Cu壳中的浓度，从而导致C2+的形成速率更高。最后，GDE上CO2和CO的扩散方向与浸入溶液中的电极上的扩散方向相反，在微孔层上沉积Cu和在Cu上形成CO的催化剂有利于Cu层中所形成的CO的转化。此外，在GDE后面有气流通道的电池中，将CO形成催化剂放置在入口段可以最大限度地提高CO的利用效率。
Designing Cu-Based Tandem Catalysts for CO2 Electroreduction Based on Mass Transport of CO Intermediate. ACS Catalysis, 2022. DOI:
