目前，许多研究致力于修饰Cu基催化剂以促进电催化CO₂转化为C₂₊。然而，大多数研究主要集中在调节CO₂活化、C-C偶联和乙烯产生方面，乙醇法拉第效率(FE)仍然低于乙烯FE。虽然构建非对称位点的策略可以改善乙醇FE，但乙醇部分电流密度仍低于300 mA cm⁻²。此外，高电流密度下Cu基催化剂上多组分或不同Cu中心(Cu⁺/Cu⁰)的相互作用对乙醇生产本征动力学的影响仍然存在争议，这在很大程度上妨碍了对催化机理和催化剂设计的理解。因此，迫切需要制定更有效的策略来设计具有特定活性中心的高活性和选择性的Cu基催化剂，并了解工业电流密度下CO₂转化为乙醇的机理。

近日，中国科学院大连化物所汪国雄和大连交通大学王琪等以Cu₃P/Cu-N/C为前体制备了锚定有Cu单原子的碳材料负载的Cu簇催化剂(Cu_x/Cu-N/C)，其能够选择性电催化CO₂转化为乙醇。

实验结果表明，在−1.2 V下，Cu₃P/Cu-N/C前体催化剂上乙醇的FE为40%，部分电流密度为350 mA cm⁻²，优于大多数已报道的Cu基催化剂。此外，该催化剂在1000 mA cm⁻²下连续电解20小时过程中提供约35%的乙醇FE；反应后对材料进行表征，证实了Cu₃P/Cu-N/C催化剂经历了一个重构过程，由晶态结构演变为非晶态结构。

准原位XPS探测到在外加负电位下，表面化学状态从Cu²⁺/Cu⁺的初始氧化状态转变为Cu⁺/Cu⁰，并且这种不对称的Cu⁺和Cu⁰位点在CO₂RR过程中能够保持稳定。除此之外，原位XAS显示，在CO₂RR条件下，最初的Cu₃P粒子通过分散和组装逐渐演变成Cu团簇。

密度泛函理论(DFT)计算表明，Cu-N/C载体与Cu团簇之间的相互作用增强了材料的电子离域能力，从而促进了*CO的吸附和C-C耦合。此外，重构结构通过调节临界中间体*CHCOH的加氢过程，进一步促进乙醇选择性生产。综上，该项工作为通过原位电化学重构技术开发高效不对称中心Cu基催化剂提供了参考范例。

Illustration of the intrinsic mechanism of reconstructed Cu clusters for enhanced CO₂ electroreduction to ethanol production with industrial current density. Nano Letters, 2024. DOI: 10.1021/acs.nanolett.4c01239