虽然不起眼的铜（Cu）可能没有金或银的吸引力，但它非凡的多功能性使其在前沿研究中无价之宝。来自日本东北大学、东京理科大学和阿德莱德大学的科学家们共同努力，推出了一种突破性的方法，以提高电化学二氧化碳还原过程的选择性和可持续性。通过在原子水平上设计铜纳米团簇（nc）的表面，该团队为高效环保的碳转化技术开辟了新的可能性。这一突破不仅展示了铜在可持续化学领域的变革潜力，也凸显了全球合作在解决碳排放等紧迫挑战方面的关键影响。
研究结果于2024年12月4日发表在《Small》杂志上。
近年来，电化学CO2还原反应（CO2RR）因其将大气中多余的CO2转化为有价值的产品的潜力而引起了人们的广泛关注。在研究的各种纳米催化剂中，纳米催化剂因其明显优于较大的纳米颗粒而脱颖而出。在这个家族中，Cu NCs具有形成可变产物、高催化活性和可持续性的巨大前景。尽管有这些优势，在工业规模上实现对产品选择性的精确控制仍然是一个挑战。因此，目前的研究主要集中在改进这些特性，以释放铜碳纳米管可持续二氧化碳转化的全部潜力。
详细的建筑两种不同的铜
14NCs受两种不同的硫醇保护，本研究中研究了这两种硫醇。这些NCs表现出不同的簇间相互作用，这决定了它们对电化学CO的稳定性和反应选择性
2还原反应。?根岸雄一等。
“为了实现这一突破，我们的团队必须在原子尺度上修改nc，”东北大学的根岸雄一教授解释说，“然而，这是非常具有挑战性的，因为nc的几何形状严重依赖于我们需要改变的精确部件。这就像试图移动建筑物的支柱一样。”
他们通过改变硫化物配体(PET: 2-苯基乙烷硫化物；CHT：环己硫代酸酯)。克服这一限制需要开发一种精心控制的还原策略，这使得创建具有不同配体的两个结构相同的NC成为可能，这是NC设计的重要一步。然而，研究小组观察到这些nc的稳定性存在差异，这归因于簇间相互作用的差异。这些差异在催化应用过程中塑造这些NCs的可持续性方面发挥着至关重要的作用。
CO的法拉第效率的表示
2不同Cu NC样品在-1.2 V下与可逆氢电极的还原产物(a)反应2h后的产物和(b)反应16h后的产物代表了产物选择性的可持续性。?根岸雄一等。
虽然这两种碳纳米管具有几乎相同的几何形状，但当测试它们对二氧化碳还原的催化活性时，它们表现出明显不同的产物选择性。这些变化影响了CO2RR的总体效率和选择性。
根岸总结道：“这些发现对于推进Cu nc的设计至关重要，它结合了稳定性和高选择性，为更有效和可靠的电化学二氧化碳还原技术铺平了道路。”
