张黎明教授， Nature Communications：中间体诱导界面重构——银铜双相催化剂助力CO2高效转化多碳燃料

第一作者：高辛扬、蒋泳君、柳济元

通讯作者：张黎明、戴升、李述周

单位：复旦大学、华东理工大学、南洋理工大学

随着全球气候变化的加剧和化石能源枯竭的威胁，可再生能源驱动的二氧化碳电催化还原（CO₂R）技术成为实现碳中和和循环经济的重要手段。通过该技术，二氧化碳可转化为具有高附加值的化学品和燃料，如乙烯、乙醇和正丙醇等多碳（C₂+）化合物。然而，现有催化剂在选择性、效率和稳定性等方面仍面临挑战。

铜因其独特的中间体（如*CO）吸附能力成为研究热点，但单金属铜催化剂的选择性受限于反应路径的标度关系，难以实现对多碳产物的精准调控。近年来，研究者通过引入第二种金属（如银）形成双金属体系，利用界面电子密度调控和晶格应变等协同效应，显著提升了C₂+产物选择性。然而，双金属界面在电解过程中会发生动态重构，其如何影响反应路径选择仍不清楚，限制了催化剂的理性设计。

本研究通过设计具有可控比例的银-铜双相异质结构，系统揭示了界面重构行为及其对C₂+产物分布的关键作用。研究发现，高浓度的*CO中间体驱动了界面动态重构，显著改变了反应能量学特性。这一工作不仅深化了对CO₂R反应机制的理解，也为开发高效、可控的双金属催化剂提供了全新思路，对于实现碳中和目标具有重要意义。

基于此，来自复旦大学的张黎明教授与华东理工大学戴升教授、南洋理工大学李述周教授合作，在国际知名期刊Nature Communications 上发表题为“Intermediate-regulated dynamic restructuring at Ag-Cu biphasic interface enables selective CO₂ electroreduction to C₂₊ fuels”的观点文章。该观点文章揭示了中间体*CO调控界面动态重构对反应选择性的决定性作用，建立了双金属模型系统中动态结构重构的经验证明，并为理解CO₂R电催化中的结构-功能相关性提供了一个范例。

研究揭示了中间体CO在电催化过程中驱动Ag-Cu双相异质结构界面重构的机制。实验结果表明，在CO₂还原反应中，高浓度的CO中间体促使铜原子从铜纳米线迁移到银表面，形成更丰富的Ag-Cu界面。随着反应的进行，银-铜界面的结构不断演变，特别是在Ag含量较高的催化剂上，Cu的迁移更加显著。这一界面重构改变了Ag-Cu界面的亲氧特性，增强了对CO的吸附，进而影响了后续的氢化反应。

要点二：Ag/Cu比例决定CO₂电还原路径选择

铜富集的界面更倾向于生成乙烯；

随着银比例增加，主要产物逐渐转变为乙醇和正丙醇；

银表面主导时，主要生成一氧化碳（CO）。

要点三：实验与理论结合实验与理论结合

通过密度泛函理论（DFT）计算与操作红外光谱等先进技术，研究团队从分子和原子层面揭示了界面重构与中间体吸附能量之间的关系，为设计高效双金属催化剂提供了理论依据。

要点四：总结与展望

该研究展示了一种串联电化学CO₂R的典型Ag-Cu双相异质结构，并将可变C₂₊偏好与独特的双金属重构行为及其与固有中间吸附能的相互作用相关联, 系统揭示了中间体CO驱动的动态界面重构对二氧化碳电催化还原（CO₂R）产物选择性的关键作用。不断演变的结构和富集的*CO中间产物强烈地改变了界面处的亲氧特性，这深刻决定了CO₂的氢化能，导致不同的C₂₊产物分布。本研究不仅验证了双金属模型系统中动态结构重构的重要性，还从原子水平上为理解串联CO₂电还原的选择性机制提供了全新范例。

Intermediate-regulated dynamic restructuring at Ag-Cu biphasic interface enables selective CO₂ electroreduction to C₂₊ fuels

张黎明，复旦大学化学系教授，博士生导师，2007年在山东大学获得化学学士学，2012年在北京大学获得化学与分子工程博士学位。博士后研究期任职于加州大学伯克利分校（2012-2014年）和斯坦福大学（2014-2017年）。2018年入选 “Guojia青年学者Qianren计划 ”。张黎明教授致力于界面（光）电催化的基础研究，重点是开发模型催化剂和操作技术以了解（光）电催化的本质，包括结构动力学和电荷转移。

论文第一作者为复旦大学化学系博士生高辛扬、华东理工大学博士生蒋泳君和南洋理工大学博士后柳济元。