杨培东院士团队，最新成果登上《Nature》！

二氧化碳电还原有助于燃料和化学品的可持续合成。尽管Cu能够使CO2转化为多碳产物（C2+），但在操作条件下活性位点的性质仍不清楚。重要的是，鉴定高性能铜纳米催化剂的活性位点需要纳米级、时间分辨的操作技术。

在此，美国加州大学伯克利分校杨培东院士团队对铜纳米催化剂生命周期中的结构动力学进行了全面的研究。在电解过程中，7nm Cu纳米颗粒整体演变成金属Cu纳米颗粒，然后在电解后空气暴露后完全氧化成单晶Cu2O纳米立方体。Operando分析和四维电化学液体电池扫描透射电子显微镜显示，在CO2还原条件下存在金属Cu纳米颗粒。相关的高能量分辨率时间分辨X射线光谱表明，富含纳米晶界的金属Cu支持C–C耦合的欠协调活性位点。定量结构-活性相关性表明，较高比例的金属Cu纳米颗粒导致较高的C2+选择性。一个7nm的铜纳米颗粒集合，具有单位分数的活性铜纳米颗粒，显示出比18纳米颗粒高六倍的C2+选择性 纳米对应物与三分之一的活性Cu纳米颗粒。多峰操作技术的相关性为深入了解电化学条件下纳米催化剂的复杂结构演变提供了一个强大的平台。

相关论文以题为Operando studies reveal active Cu nanograins for CO2 electroreduction发表在最新一期Nature。

论文链接：

https://www.nature.com/articles/s41586-022-05540-0

图1:Cu纳米催化剂的生命周期图和7 纳米NPs。

图2：金属Cu纳米颗粒的Operando 4D-STEM衍射成像。

图3: Operando EC-STEM对10、18nm NPs动态形态学变化的研究

图4:Operando HERFD-XAS研究了铜纳米催化剂在电还原/再氧化生命周期中的价态和配位环境。

总的来说，本文研究了铜纳米催化剂电化学还原/再氧化生命周期的原位结构和电子。金属Cu纳米颗粒具有丰富的晶界，支持高密度的配位活性，并增强7nm Cu-NP络合物的C2+选择性。这项研究是解决空间CO2 RR活性Cu位点复杂性的里程碑。对晶界密度、晶粒距离和相对晶粒取向的进一步统计分析将提供对有利于C2+形成的Cu纳米晶体结构因素的更多见解。