铜(Cu)基催化剂是目前唯一能够有效将CO2电催化转化为各种烃类和醇类的材料。Cu合金的设计已被证明是调节CO2还原反应产物的有效方法，包括添加金属的类型和含量。
这是因为合金可以通过进一步优化表面电荷分布和调整提供产物的活性位点来有效控制与中间体的结合强度，从而加速CO2RR并提高CO2的还原选择性。一般认为，中间体*CO(来自*COOH)是由Cu基催化剂上的CO2和H2O的活化形成的，在CO2深度还原产物的形成中起着重要作用。
这使得特定Cu催化剂的设计能够控制随后的加氢或C-C偶联，以产生具有高选择性的理想产物。因此，了解关键*CO中间体与催化剂表面之间的相互作用对于控制CO2RR过程至关重要。
近日，广西大学关安翔、周立亚和陈培灿等合成了Cu和具有不同原子比的Cu-Pd合金催化剂，以阐明它们对CO2电还原的不同电还原选择性。
实验结果表明，对于Cu催化剂，相邻Cu原子的存在有利于C2产物的形成，特别是对于C2H4的生成，因为活性Cu位点可以促进相邻吸附的*CO和*CHO中间体的C-C耦联；相反，Cu-Pd合金中Pd的存在通过分离相邻的Cu原子，在CO2的电还原反应中具有阻断作用，这抑制了相邻中间体之间的耦合，从而提高了C1产物的选择性。
此外，Pd原子可以作为*H吸附的活性中心，促进*CO中间体的加氢过程形成*CHO。
理论计算还表明，Pd的引入可以改变催化剂的电子结构，降低反应的能量势垒，并促进*CHO中间体的形成和转化。因此，在将CO2电还原为CH4方面，Cu-Pd合金比Cu催化剂具有更大的优势。
性能测试结果显示，Cu-Pd合金在-1.8 VRHE下的CH4法拉第效率(FECH4)最高为43.23%，CH4选择性为48.16%，对应的CH4部分电流密度为-269.68 mA cm-2；而相同条件下Cu催化剂更倾向于生产C2H4。
总的来说，该项研究揭示了*H物种在Pd原子上吸附的关键作用以及活性位点之间对CH4生成的阻断作用，这有助于设计有效的Cu基催化剂来生产所需的产品。
Highly selective electroreduction of CO2 to CH4 on Cu-Pd alloy catalyst: the role of palladium-adsorbed hydrogen species and blocking effect. Advanced Science, 2025. DOI: 10.1002/advs.202417247
关安翔，2021年获得复旦大学理学博士学位，之后在复旦大学材料科学与工程流动站从事博士后研究工作，主要研究方向为电催化CO2还原。在Adv. Sci.、ACS Energy Lett.、ACS Materials Lett.和ACS Sustainable Chem. Eng.等学术期刊发表多篇SCI论文，单篇最高被引426次。
周立亚，博士，教授，博士生导师，化学化工学院党委书记、院长。研究领域包括：稀土功能材料、稀土纳米发光材料与器件、太阳能电池研发等。
陈培灿，广西大学化学化工学院副教授，2020年博士毕业于厦门大学。主要从事光电材料和器件、MOL的合成和生长机理的研究。主持完成国家自然科学基金青年项目和省级青年人才项目各一项，以第一作者或通讯作者身份在Matter、Adv. Sci.、Chem. Eng. J.、Small和Small Methods等国际期刊上发表SCI论文20余篇。