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科研进展
利用可再生能源将CO2电催化转化为高值产物是实现“双碳”目标的重要途径。在CO2还原的众多产物中，CH4由于能量密度高、绿色清洁、存储运输基础设施完善等特点受到广泛的研究关注。Cu基钙钛矿氧化物具有多样的化学组成、灵活的晶体/电子结构以及可调的物理化学性质，在CO2还原制CH4方面展现出良好的应用前景，但因其复杂的反应路径和催化活性结构的降解，开发高活性、高选择性、稳定的Cu基钙钛矿催化剂存在很大挑战。
将Cu基钙钛矿氧化物与其他辅助相结合构筑复合催化剂，并合理设计/调控其强界面相互作用，会有效调制催化剂的物理化学性质，从而有可能提高CH4电合成的活性、选择性和稳定性。具体地，通过理性调节复合催化剂的组分/界面性质可以调控其表面电子/几何结构，从而优化反应路径，促进CH4生成。此外，Cu基钙钛矿氧化物与辅助相间的强界面相互作用会通过电子转移引发Cu位点电荷密度的重分布，从而有可能稳定Cu-O晶格，提高稳定性。
近期，功能膜与氢能技术研究中心膜催化材料研究组在朱佳伟研究员和江河清研究员的指导下，采用自组装策略设计构筑了系列具有可控强相互作用界面的高性能Cu基钙钛矿/氧化钙复合催化剂La2CuO4/(CaO)x。该催化剂中La2CuO4与CaO相通过界面紧密相连，带来了强界面相互作用，主要表现为由Ca2+向Cu2+的电子转移。该系列催化剂对CH4的活性、选择性与CaO相含量呈火山型趋势（与界面尺寸呈正相关）。具有最大界面的La2CuO4/(CaO)0.8表现出最佳的CH4活性和选择性（在300 mA cm-2时CH4选择性达77.6%），同时具有良好的稳定性，优于已报道的Cu基钙钛矿氧化物。该优异性能主要来源于自组装诱导的强界面相互作用，不仅强化*CO吸附/加氢促进CH4生成，还增强催化剂的抗降解能力提升稳定性。本项工作为设计更先进的Cu基催化剂提供了新的思路，相关研究成果发表于国际著名期刊ACS Nano《美国化学学会-纳米》。
该工作第一作者是青岛能源所博士生张瑜、项目聘用徐蕴泽、北京物理所陈子韬博士，通讯作者为朱佳伟，得到了中国科学院高层次人才计划、国家自然科学基金、国家重点研发计划、山东省人才计划、山东省自然科学基金以及江苏省自然科学基金的支持。（文/图 朱佳伟）
原文链接：
https://doi.org/10.1021/acsnano.4c11459
供稿： 功能膜与氢能技术研究中心
文/图： 朱佳伟
编辑： 科学传播处
审核： 科学传播处
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