东北大学李松Angew.：Pd诱导的Cu位点分化实现CO2到C2H4的高效转化

研究内容

电化学CO2还原为乙烯（C2H4）是工业脱碳和碳稳定化的关键策略，但一直受到传统Cu催化剂上对称*CO-*CO偶联的固有高动力学势垒的阻碍。

东北大学李松合成了一种串联Pd1Cu/Ag-N-C催化剂，实现了表面Cu的位点分化。Pd1原子通过产生两个电子上不同的Cu位点来诱导电子异质性。Pd近端位点通过利用Pd辅助的H2O解离促进*CO质子化为*CHO，Pd远端位点稳定*CO。这种协同分裂解锁了高效的不对称C-CHO偶联途径。Pd1Cu/Ag-N-C催化剂在流动池中，在-0.97 V vs RHE下，部分电流密度为441 mA cm−2，C2H4法拉第效率峰值为78.8%（±2.5%），同时保持优异的操作稳定性。相关工作以“Pd-Induced Cu Site Differentiation in Pd1Cu/Ag–N–C Catalyst Enables Asymmetric CO─CHO Coupling for Efficient CO2-to-C2H4 Conversion”为题发表在国际著名期刊Angewandte Chemie International Edition上。

研究要点

要点1. 作者引入了一种根本不同的设计范式，即Pd诱导的位点分化，解决位点工程Pd1Cu/Ag-N-C催化剂中的机理瓶颈。这种设计在空间上解耦了*CO和*CHO的形成，引导不对称的C-CHO与C2H4生产耦合。嵌入氮掺杂碳（Ag-N-C）中的原子分散银位点充当专用的CO生成中心。Pd1Cu单原子合金（SAA）纳米粒子负载在Ag-N-C基底上。

要点2. DFT计算表明，孤立的Pd1原子在Cu表面引起电子异质性，产生Pd近端和Pd远端Cu位点。Pd近端Cu有利于通过定向质子转移将*CO质子化为*CHO，Pd远端Cu则稳定*CO以进行后续的不对称偶联。这种位点解析设计实现了中间体的定向迁移和选择性相互作用，从而降低了CO-CHO偶联阻隔性并引导反应途径朝向C2H4。

要点3. Pd1Cu/Ag-N-C催化剂在流动池中，在-0.97 V vs RHE下，部分电流密度为441 mA cm−2，C2H4法拉第效率峰值为78.8%（±2.5%），同时保持优异的操作稳定性。。

这项工作验证了不对称CO-CHO偶联作为C2H4电合成的优越途径，引入了一种在多碳电催化剂上精确控制反应途径的通用设计范式。

研究图文

图1. Pd1Cu/Ag-N-C串联电催化剂的结构设计与合成。

图2. Pd1Cu/Ag-N-C串联电催化剂的电化学性能。

图3. Pd1Cu/Ag-N-C串联电催化剂的CO2转化电化学性能。。

图4.机理探究。

文献详情

Pd-Induced Cu Site Differentiation in Pd1Cu/Ag–N–C Catalyst Enables Asymmetric CO─CHO Coupling for Efficient CO2-to-C2H4 Conversion

Xin Cui, Yihong Yu, Teng Zhang, Pierre Sutra, Gaowu Qin, Song Li*

Angew. Chem. Int. Ed.

DOI:https://doi.org/10.1002/anie.202521173

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