西北工业大学张和鹏/张秋禹/郭莹Angew: Cu-Mg双单原子催化剂高效电还原CO₂为甲烷

主要观点总结

本文介绍了西北工业大学张和鹏、张秋禹团队在电化学二氧化碳还原反应（CO2 RR）中的研究。研究关注于提升甲烷（CH4）选择性，通过构建铜单原子催化剂（Cu SAs）策略来实现。团队发展了间距精准可控的双功能活性位点构建策略，实现了低配位CuN2-MgN2双单原子催化剂的原位锚定。该设计引入了镁单原子（Mg SAs）作为中继位点，与铜单原子形成功能耦合，有效降低了CO从Mg向Cu表面迁移的吉布斯自由能，促进中间体的定向输运并提升Cu单原子处*CO局域浓度，进而优化CH4生成路径动力学。该研究不仅从原子尺度解析了关键中间体的动态传质与能级演化规律，还建立了普适性的双原子催化模型，为设计工业级电催化剂提供了理论框架与工程指导。

关键观点总结

关键观点1: 研究背景

电化学二氧化碳还原反应（CO2 RR）是一种具有潜力的碳中和技术，其中Cu基催化剂能将CO2转化为烃类产物。然而，实现高选择性甲烷生成仍具挑战。

关键观点2: 主要研究内容

西北工业大学张和鹏、张秋禹团队发展了间距精准可控的双功能活性位点构建策略，实现了低配位CuN2-MgN2双单原子催化剂的原位锚定。该设计引入了镁单原子作为中继位点，与铜单原子形成功能耦合，有效优化CH4生成路径动力学。

关键观点3: 双原子协同机制

基于双原子协同机制，CuN2-MgN2催化剂展现出优异的性能，CH4法拉第效率达78.3%，偏电流密度提升至228.7 mA cm-2，铜原子周转频率(TOF)突破1.72 s-1。

关键观点4: 研究成果

该研究不仅从原子尺度解析了电催化CO2甲烷化过程中关键中间体的动态传质与能级演化规律，更建立了普适性的双原子催化模型，为设计工业级电催化剂提供了理论框架与工程指导。