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利用电化学CO2还原（CO2RR）技术将CO2转化为实用的化学品，有助于缓解化石能源的枯竭，减少碳的排放。CO2是一种热力学稳定、动力学惰性的分子，要实现电化学转化CO2的过程需要提供高的能量输入。目前，已经报道的大量电催化剂主要集中于将CO2电催化转化为多种C1产物（如一氧化碳、甲酸或甲酸盐、甲醇、甲烷等）。由于拥有更高的体能量密度和更广阔的应用前景，相比于C1产物，C2和C2+产物（如乙烯、乙烷、乙醇、丙醇等）尤其具有吸引力。但是，由于C-C耦合过程的复杂性，在CO2RR过程中提高对多碳产物的选择性仍然具有挑战性。在分子尺度上构建催化剂，了解电催化反应中的结构和组成之间的依赖关系，将有助于指导设计高效、高选择性的电催化剂。其中，铜基材料在深度还原CO2制备C2+产物尤其是乙烯方面最具选择性。涉及C-C偶联的反应过程需要催化剂中有特定的双金属位点。然而，通过缩小金属纳米颗粒来制造二聚体-铜催化剂仍然是一个巨大的挑战。因此，合成结构明确的二聚体-铜催化剂作为CO2RR的模型电催化剂具有重要意义。
近日，中国科学院福建物质结构研究所的张健研究员团队结合前期发展的金属有机框架研究背景，通过设计结构明确的硼咪唑框架材料，构建了新型的Cl-桥连双核铜活性位点硼咪唑框架纳米片材料用于电催化还原CO2获得多碳产物C2H4。
电化学研究结果表明这种双核铜金属位点的硼咪唑框架纳米片材料能有效地提高电催化还原CO2产物C2H4的法拉第效率，与单核铜金属位点硼咪唑框架纳米片材料对比提高了3.2倍。电化学机理研究表明双核铜硼咪唑纳米片材料性能的提高可归因于双金属中心的协同作用，导致Cu周围中心电荷的富集，更多暴露的活性位点有助于电化学过程中电子的转移，从而提高了产物C2H4的活性和选择性。
同时，DFT理论模拟计算也表明相邻的双核铜活性位点不仅可以作为调节反应势垒的调节剂，而且与孤立的单核铜活性位点相比，具有不同的反应路径，从而提高了电催化还原CO2的性能。
论文信息：
SynthesisofBoron-imidazolateFrameworknanosheetwithDimerCuunitsforCO2ElectroreductiontoEthylene
PingShao,WeiZhou,Qin-LongHong,LuocaiYi,LirongZheng,WenjingWang,Hai-XiaZhang,HuabinZhang,JianZhang
文章的第一作者是中国科学院福建物质结构研究所联合培养博士研究生邵苹和天津大学周伟副教授。张海霞副研究员和张健研究员为共同通讯作者。
AngewandteChemieInternationalEdition
DOI:10./anie.
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