【研究背景】
电催化CO2还原是实现碳资源循环和高附加值化学品合成的重要路径，其中酸性体系有望降低碳酸盐生成和盐析问题，更适合长时间稳定运行。然而，酸性环境中析氢反应竞争极强，往往显著压低CO2还原产物选择性。铜基催化剂能够促进C-C偶联并生成乙烯等C2+产物，但Cu2O等高价铜物种在还原电位下容易发生不可控重构，快速转变为OD-Cu，导致活性结构和理论设计之间出现偏差。
该工作选择Cu2O作为模型催化剂，利用DMSO作为有机添加剂，通过添加剂物理化学性质筛选、原位表征和理论计算，建立了DMSO调控Cu2O重构、稳定Cuδ+界面位点并抑制HER的结构-性能关系。
【研究亮点】
1、CO2还原反应有机添加剂的筛选机制。本研究首次对添加剂建立包含静电势（ESP）、偶极矩（μ）与给体数（DN）的多维筛选准则。筛选出二甲基亚砜（DMSO）为最优添加剂，其与Cu2O相互作用最强，抑HER效果最佳。进一步采用从头算分子动力学模拟，探究DMSO在Cu2O催化剂表面的吸附行为，均方根位移（RMSD）分析结果直观反映吸附物种DMSO在Cu2O表面的吸附稳定性。
2、催化剂原位重构过程及演变机制。原位XRD、Raman及XAS系列表征证实：DMSO可延缓部分Cu2O转化为OD-Cu，稳定保持低价铜物种Cuσ+（0<σ<1）。密度泛函理论（DFT）计算表明，DMSO能够强化Cu-O键、提升氧空位生成能，进而抑制晶格氧流失，避免催化剂结构崩坏。
3、重构催化剂原子尺度结构解析。通过球差电镜、X射线吸收谱等先进表征，首次证实该材料为独特的共格OD-Cu/Cu2O异质结：界面Cu原子同时归属于Cu2O与OD-Cu两套晶格，而非传统物理混合的双相复合物。电子能量损失谱（EELS）元素成像进一步表明，共格Cu原子呈现介于Cu2O与金属Cu之间的中间价态。这种新颖界面结构与特殊电子态同步优化了反应热力学与催化剂本征结构，实现高效催化。
4、酸性CRR电化学性能。基于该共格OD-Cu/Cu2O与DMSO协同体系，在酸性Li2SO4+H2SO4电解液中、−1.5 V（vs. RHE）电位下，实现C2H4法拉第效率67.5%、H2仅16.8%；膜电极（MEA）稳定运行超100小时，C2H4法拉第效率保持50%以上。
5、电催化机理研究。理论模拟结果表明，共格Cu原子的失电子程度介于纯OD-Cu与Cu2O之间，与EELS测试结果吻合。DMSO可与共格Cu位点结合，促进电子离域。OD-Cu表面CO以空心位模式吸附，而共晶格结构使CO同时占据顶位与桥位，大幅降低C-C偶联能垒，利于乙烯生成；同时DMSO自发吸附于催化剂表面，有效抑制HER。
【文献信息】
论文题目：In Situ Construction of Co-Lattice OD-Cu/Cu2O Heterostructure for Highly Active CO2-to-Ethylene Conversion via Strong Additive-Metal Oxide Interaction
期刊：Advanced Functional Materials
DOI: 10.1002/adfm.76245.
原文链接：https://doi.org/10.1002/adfm.76245
