電化學(xué)二氧化碳還原(CO₂RR)是一種降低大氣中二氧化碳濃度和生產(chǎn)高附加值產(chǎn)物的有效技術(shù)。然而，CO₂特殊的線性結(jié)構(gòu)使其具有較高的穩(wěn)定性。因此，設(shè)計(jì)和制備高效、穩(wěn)定的電催化劑來(lái)激活CO₂是CO₂RR的關(guān)鍵。

近日，深圳大學(xué)何傳新、楊恒攀等采用等離子體活化策略成功合成MOFs衍生的的單原子Cu催化劑(PA-CuDBC-1)，以實(shí)現(xiàn)高效電催化CO₂RR為CH₄。

在催化劑的制備過(guò)程中，由于等離子體轟擊，催化劑上形成了豐富的氧空位并顯著增加了低配位銅位點(diǎn)的數(shù)量。此外，等離子體處理還產(chǎn)生了分層多孔結(jié)構(gòu)，這使得催化劑能夠有效地吸附反應(yīng)物分子。多孔結(jié)構(gòu)和低配位銅位點(diǎn)的協(xié)同作用顯著提高了PA-CuDBC-1 CO₂電還原為CH₄的活性，在-1.1V_RHE下的最大法拉第效率為75.3%(FE_C2H4為7.1%，F(xiàn)E為14.1%，F(xiàn)E_H2為3.5%)。

此外，當(dāng)含碳產(chǎn)物(CO，CH₄和C₂H₄)的部分電流密度為47.8mAcm^-2時(shí)，總法拉達(dá)效率可達(dá)到96.5%，明顯優(yōu)于未經(jīng)等離子體激活的CuDBC。

密度泛函理論(DFT)計(jì)算表明，CO₂轉(zhuǎn)化為*COOH是CO₂RR的決速步，低配位銅位點(diǎn)Cu-O₃-C和Cu-O₂-C不僅可以降低決速步的能壘，還可以降低其他關(guān)鍵中間體形成的能壘，進(jìn)而加速CO₂還原為CH₄的動(dòng)力學(xué)過(guò)程。

該策略為用于CO₂還原的高效催化劑設(shè)計(jì)提供了策略，并且該策略在其他單原子催化劑的制備中也具有可行性。

Construction of Single-atom Copper Sites with Low Coordination Number for the Efficient CO₂ Electroreduction to CH₄. Journal of Materials Chemistry A, 2021. DOI: 10.1039/D1TA08494A