铜基催化剂被广泛用于电催化二氧化碳还原生成多碳产物，但是绝大多数铜基催化剂在反应电位下不可避免的经历结构重建过程。原始催化剂（预催化剂）的结构和化学态在施加电位和反应中间体作用下可能发生巨大的变化，如碎裂，聚合和形貌重塑等。一方面结构重建可能使铜基催化剂性能失活，另一方面，也可能诱导形成促进碳碳偶联生成多碳产物的活性位点。这种结构重建带来的不确定性制约着铜基催化剂的发展和应用，因此合理的设计和选择预催化剂并且研究它们在电还原条件下的结构演化至关重要。超粒子具有复杂的组装结构，在电还原条件下会经历非常独特的结构重建过程，很可能衍生出能够促进碳碳偶联生成多碳产物的催化剂。

图1：超粒子在电还原条件下可能经历的结构重建过程示意图。

中国科大熊宇杰团队以Cu₂O超粒子作为模型催化剂，通过恒电流预还原得到独特的类似于“行星-卫星”结构的铜催化剂（图1）。电子显微镜（SEM、TEM、HRTEM），原位同步辐射（insitu XAS）和原位拉曼（in situ Raman）等多种测试结果表明，在预还原过程中，Cu₂O超粒子内壳层的组装单元会发生聚合并形成很多晶界，而外壳层的组装单元会发生脱离，产生许多纳米间隙结构，这些纳米间隙对电催化产生的OH^–具有较强的限域效应，从而能够诱导出高的局域pH。Cu₂O超粒子衍生的铜催化剂能够同时结合晶界和高的局部pH对碳碳偶联的促进作用，这是其他铜基预催化剂（如广泛使用的Cu₂O立方体）所不能实现的。最终，Cu₂O超粒子衍生的铜催化剂对乙烯和多碳产物的法拉第效率分别高达53.2%和74.2%，超过了大多数报道的铜基电催化剂。

这项工作为开发先进的电催化剂提供了一条基于超粒子的新途径，并强调了合理控制预催化剂结构对催化活性位点设计的重要性。研究成果发表在ADVANCED SCIENCE期刊上，该研究工作得到国家重点研发计划、国家自然科学基金、中国科学院洁净能源创新研究院合作基金等经费来源的支持。

文章链接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/advs.202105292