山理工荣卫锋、黄昊飞/华中科大杨旋/青岛大学朱志军ACS Catal.：均质Cu-Ag纳米颗粒动态重构富集界面，实现CO电还原95.2% C₂₊选择性

研究背景及出发点

随着可再生能源转化与碳循环利用技术快速发展，电催化一氧化碳还原（CORR）可将CO定向转化为乙烯、乙酸、醇类等C₂₊高附加值燃料与化学品，同时规避二氧化碳还原（CO₂RR）中碳酸盐沉积等副产物问题，兼具储能与绿色化工价值，被视为实现碳中和的关键电化学路径。然而铜基催化剂在电解过程中易发生结构演化、C₂₊产物选择性低，且析氢副反应（HER）竞争激烈，严重制约转化效率。为此，构筑Cu基双金属催化剂成为重要策略—通过引入第二种金属组分，借助多活性位点间的电子效应与几何效应，精准调控反应中间体的吸附强度与构型，从而提升催化活性与C₂₊选择性。基于此，本研究聚焦于Cu-Ag双金属界面的可控构建及其动态重构机制，旨在为高效CORR催化剂设计提供理论依据。

概述

针对上述挑战，山东理工大学荣卫锋副教授，黄昊飞教授联合青岛大学朱志军教授、华中科技大学杨旋教授等提出石墨炔负载原子级均匀分散Cu-Ag前驱体原位动态重构策略：以石墨炔（GDY）为载体，可控合成原子比可调的均质Cu-Ag纳米前驱体，成功构建富含Cu-Ag界面的高效催化体系，实现了95.2%的C₂₊法拉第效率（FE）及超过-250 mA cm⁻²的C₂₊分电流密度。通过原位ATR-SEIRAS和DFT理论计算，团队揭示了Cu-Ag界面协同调控*H和*CO覆盖度、稳定关键中间体*OCCOH的微观机理，为Cu基催化剂在CO电还原中的结构-性能关系研究提供了新视角。相关成果以“Dynamic Restructuring of Homogeneous Cu-Ag Nanoparticles Enriches Their Interfaces to Boost C₂₊ Production during CO Electroreduction”为题发表于ACS Catalysis，2026，DOI: 10.1021/acscatal.6c02969。

图文解析

示意图1.Cu-Ag催化剂制备过程示意图

图1. Cu₄₈Ag（a-d）和p-Cu₄₈Ag（e-h）样品的HAADF-STEM图像及元素分布图

利用Eglinton偶联反应在石墨炔（GDY）基底上原位生长了原子比例可控的CuₓAg纳米颗粒。电解前，Cu₄₈Ag纳米颗粒均匀分散于GDY载体表面，Cu、Ag元素整体分布均一，未观察到局部富集现象。经CORR电解后，催化剂发生显著的动态重构，颗粒尺寸增大至5–10 nm，重构后的体系形成了高密度Cu-Ag异质界面，同时Cu、Ag仍保持均匀分布状态，为高效催化提供了充足的界面活性位点。

图2.不同原子比CuAg催化剂在电化学CORR前后的结构表征

XRD与XPS表征表明，初始催化剂中Cu以Cuᵟ⁺（0 <δ<2）价态存在，ag全程保持金属态，而电解后cu被还原为金属cu< pan>⁰。原位XANES与EXAFS进一步证实，随施加电位负移，Cu氧化物逐步被还原，电解稳态下活性位点以金属态Cu为主。综合XPS、XANES、EXAFS及XES等多种谱学技术，完整揭示了催化剂在电解前后晶体结构、金属价态与原子配位环境的动态演变规律。

图3. p-CuₓAg在1.0 M KOH溶液中不同施加电位下的电化学CORR性能

随着Ag掺杂比例的改变，催化剂产物分布呈现显著差异，其中Cu₄₈Ag表现最优，实现了95.2%的C₂₊法拉第效率，且C₂₊分电流密度超过–250 mA·cm⁻²。进一步分析表明，Cu-Ag界面的引入显著提升了液相产物（尤其是乙酸）的选择性，同时有效抑制了乙烯、甲烷生成及析氢副反应。在稳定性方面，Cu₄₈Ag催化剂可稳定运行54 h，并维持约92%的C₂₊选择性，石墨炔载体在长期电解过程中有效抑制了颗粒团聚与催化剂失活。

图4.原位ATR-SEIRAS与DFT理论催化机理

原位红外光谱（ATR-SEIRAS）在Cu₄₈Ag表面直接观测到高丰度的*OCCOH特征峰，表明Cu-Ag界面可加速CO二聚化过程，促进关键C-C偶联中间体的生成。DFT计算进一步揭示，Cu向Ag发生定向电子转移，使Cu的d带中心下移，从而有效降低了C-C偶联决速步的反应能垒。与此同时，Cu‑Ag界面使*HOCCOH中间体热力学失稳，抑制了乙烯生成路径，从而实现了乙酸的高选择性合成。

总结

针对电催化CORR过程中C₂₊产物选择性低、“初始结构”与“工况下真实活性结构”不一致、双金属协同机理不明确等问题，本工作采用石墨炔负载Cu-Ag双金属前驱体策略，通过电化学诱导动态重构，构筑高密度Cu-Ag界面，调控催化剂表面电子结构与中间体吸附行为，大幅降低了C-C偶联能垒。最优Cu₄₈Ag催化剂在-1.1 V vs. RHE下C₂₊法拉第效率达95.2%，分电流密度超过-250 mA cm⁻²；稳定运行54 h后C₂₊选择性仍维持约92%，重构后催化剂颗粒无明显团聚和失活。本工作为可再生电能驱动的CO资源化及高效制备多碳含氧化学品提供了新思路。

论文信息

论文题目：Dynamic Restructuring of Homogeneous Cu-Ag Nanoparticles Enriches Their Interfaces to Boost C₂₊ Production During CO Electroreduction

期刊名称：ACS Catalysis

第一作者：周雪丽、刘中立、刘德益、荣卫锋（共同一作）

通讯作者：荣卫锋、黄昊飞、朱志军、杨旋

通讯单位：山东理工大学、青岛大学、华中科技大学

论文DOI：https://doi.org/10.1021/acscatal.6c02969

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