Catal 论文│中科院北京纳能所&香港城市大学：水分子微环境如何调控铜催化剂上CO₂转化为甲烷的反应路径
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在应对气候变化与能源可持续发展的全球挑战中，电催化CO₂还原反应（CO₂RR）被认为是实现碳中和的重要技术路径。近日，来自中国科学院北京纳米能源与系统研究所、香港城市大学等机构的黄勃龙研究团队在期刊Catal发表了题为： Mechanistic insights into the impact of locally ordered versus disordered aqueous environments on CO₂ reduction to methane across copper surfaces 的研究论文，系统揭示了水分子微环境如何影响铜催化剂表面CO₂转化为甲烷（CH₄）的反应机制。
研究亮点速览
水的结构决定反应效率
无序水环境显著降低了CO₂活化的能垒，尤其在Cu(100)晶面的桥位点上，有效促进二氧化碳还原过程。
催化剂表面结构至关重要
Cu表面桥位和中空位点在中间体吸附和反应推进方面表现优异，而金属顶的位点吸附弱、能垒高，限制了反应效率。
线性标度关系仍然成立
即使在不同水环境下，中间体结合能之间的线性关系依然保持，揭示了铜基金属催化剂设计仍受到线性关系的限制。
协同优化是关键策略
仅靠水的微环境调控难以突破反应的热力学限制，需结合催化剂表面工程（如掺杂、合金化）与溶剂环境设计，实现反应动力学与产物选择性的双重提升。
高效建模方法助力理论探索
研究采用静态有序/无序水模型，在保持计算效率的同时有效捕捉溶剂效应，为未来的溶液效应的模拟研究提供了重要理论参考。
研究意义
本研究为铜基催化剂的理性设计提供了理论指导，有望推动CO₂高效转化为甲烷的技术发展，助力碳中和目标的实现。文章强调，催化剂结构工程与溶剂环境设计的协同优化，是提升反应动力学与产物选择性的关键。
作者团队
邢志国、孙明子、虞海涛、吴晓、寇家豪、梁世芃、黄勃龙（通讯作者）
作者单位
中国科学院北京纳米能源与系统研究所
中国科学院大学纳米科学与工程学院
香港城市大学化学系
新刊介绍
Catal 是Springer旗下一本专注于催化方向的开放获取新刊。这本期刊旨在发表具有独创意义的重要工作。期刊将以催化应用为导向，促进基础研究学者和工业工程师之间具有包容性的沟通，更加有效地发布有关创新技术和实际应用的重要研究成果。
关于 Catal：
目标影响因子20
优先考虑关键催化应用方向的研究工作
关注青年研究人员
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