电催化二氧化碳还原反应（CO2RR）提供了一种可持续的途径，利用可再生能源将CO2转化为附加值高的多碳（C2+）化学品。
铜（Cu）被认为是生成C2+产品的有前景的催化剂，但存在法拉第效率（FE）低和稳定性差的问题。
2025年7月22日，武汉工程大学易群、张競方在国际知名期刊 Advanced Functional Materials发表题为《Ligand-Hybridization Engineering Enabling Stable Cuδ+ for Durable CO2 Electroreduction to C2+ Products》的研究论文，Youluan Lu为论文第一作者，易群、张競方为论文通讯作者。
在本文中，作者展示了一种在Cu2(OH)3NO3（CuON）上的配体杂化策略，通过部分用醋酸配体取代羟基或硝酸根来精确调节Cu位点的配位环境。
配体杂化促进了电子在Cu位点和配位的醋酸配体之间的离域，并诱导了活性Cuδ+物种的形成和稳定，从而促进了高效且稳定的C-C偶联反应，用于选择性产生C2+。
醋酸杂化的CuON催化剂（AH-CuON）在高电流密度400 mA cm−2下向C2+产物展现出高达74.7%的法拉第效率（FE），同时保持了对CO2还原反应（CO2RR）20 h的稳定性。
图1：AH-CuON结构及形貌表征。(a) AH-CuON合成示意图。(b) SEM图。(c) TEM图。(d) EDX元素分布图。(e) FTIR谱图。(f) AH-CuON晶体结构精修图。(g) Cu LMM光谱图。(h) Cu K边XANES谱图。(i) Cu K边EXAFS谱图。
图2：AH-CuON和CuON电催化CO2还原性能测试。(a) LSV曲线。(b) AH-CuON不同电流密度下C2+产物分布。(c) CuON不同电流密度下C2+产物分布。(d) AH-CuON稳定性测试。(e) AH-CuON与其他Cu基催化剂性能对比。
图3：CuON和AH-CuON在CO2还原过程中的结构演变。(a) FTIR谱图。(b) 拉曼光谱图。(c) Cu LMM光谱图。(d) Cu K边XANES谱图。(e) Cu K边EXAFS谱图。(f) EXAFS谱图的小波变换。
图4：CO2还原反应机制研究。(a) CuON原位ATR-SEIRAS谱图。(b) AH-CuON原位ATR-SEIRAS谱图。(c) AH-CuON和CuON吸附*CO时的电荷密度差图。(d) ELF图和PDOS图。(e) CuON PDOS图。(f) AH-CuON PDOS图。(g) *CO转化为*CHO或*OCCO的吉布斯自由能图。
综上，作者通过配体杂化策略，将醋酸根部分替代铜氢氧化物（Cu2(OH)3NO3，简称CuON）中的羟基或硝酸根，成功制备了醋酸根杂化的CuON催化剂（AH-CuON），并将其应用于高效稳定的二氧化碳电还原反应（CO2RR），实现了二氧化碳向多碳（C2+）产物的高效转化。
作者成功实现了通过配体杂化策略调控铜基催化剂的电子结构，显著提高了C2+产物的法拉第效率，最高可达74.7%，并且催化剂在20 h内保持稳定运行。这一成果不仅为设计高效、稳定的铜基CO2RR催化剂提供了新的理论依据和方法。
Ligand-Hybridization Engineering Enabling Stable Cuδ+ for Durable CO2 Electroreduction to C2+ Products. Adv. Funct. Mater., 2025. https://doi.org/10.1002/adfm.202512342.
