近日，我校化学与材料科学学付更涛/唐亚文教授团队在稀土调控CO2电催化还原领域取得重要研究进展。相关成果以“Atomic Eu Substitution in Cu2O Tailors C1 and C2+ Product Selectivity by Frustrated Deep Hydrogenation in Electrochemical CO2 Reduction” 为题发表在Journal of the American Chemical Society上（IF=15.7）。

随着全球工业化和化石燃料消耗加剧，CO2浓度上升导致气候变化日益严峻。将CO2电化学还原为高值化学品（如甲烷、乙烯等）成为研究焦点。该技术可在温和条件下实现转化，但受限于反应动力学慢、效率低、产物选择性差及析氢副反应等问题，阻碍了工业应用。尽管已有多种策略被提出用于调控电催化性能，但产物的精确控制仍面临挑战，其根本原因在于C1中间体的深度加氢（C1路径）与C-C偶联反应动力学（C2+路径）之间存在竞争关系。因此亟需在保持特定催化活性的同时，显著提升催化剂的电化学选择性。

针对电化学CO2还原反应的痛点问题，付更涛教授与日本东北大学李昊教授合作，提出了一种稀土诱导的限制性深度加氢策略，在Cu2O位点上实现了eCO2RR中C1与C2+产物选择性的精准调控。电位驱动的限制性深度加氢策略的关键在于稀土位点的浓度能够实现H+/e-转移的动力学响应，通过调变*CHO中间体的吸附模式达到调控C1/C2+产物的选择性。在H型电解池中，低浓度Eu掺杂Cu2O（LD-Eu/Cu2O）的C2+产物总法拉第效率达79.39%，其中乙烯为主要产物（FE: 49.27%）；而高Eu掺杂Cu2O（HD-Eu/Cu2O）则促进C₁产物生成，CH₄的法拉第效率达47.21%。这一调控规律在更接近实际应用的流动池体系中也同样成立。

为揭示内在机理，团队结合原位光谱和理论计算发现：Eu通过调控关键中间体*CHO的电子结构，影响其C=O键的电化学还原强度。低浓度Eu掺杂的Cu2O催化剂使*CHO的C=O键相较于纯Cu2O表面的*CHO呈现部分弱化状态，从而促进*CO与*CHO发生C–C偶联反应，最终生成C2+产物；而高浓度Eu掺杂则增强了*CHO的C=O键的反键π*作用，促进其深度加氢生成CH4。此外，动力学同位素效应（KIE）实验进一步验证了“限制性深度加氢”机制的存在：在D2O中，LD-Eu/Cu2O的乙烯生成受到更大抑制，说明质子传递速率对C-C耦合至关重要。该工作为通过稀土元素诱导的“限制性深度加氢”机制实现eCO2RR产物选择性调控提供了新视角。

硕士生刘阳、博士后王轩为本工作第一作者，我校付更涛教授、日本东本大学李昊教授为共同通讯作者。

刘阳于2023年加入付更涛/唐亚文教授团队攻读硕士学位，在Journal of the American Chemical Society发表SCI论文1篇。

王轩于2020年加入付更涛/唐亚文教授团队，2025年6月博士毕业，同年7月进入博士后流动站。研究方向为稀土增强电催化，目前以通讯作者/第一作者（含共一）在J. Am. Chem. Soc., Angew Chem. Int. Ed., Adv. Mater., Energy Environ. Sci., Adv. Energy Mater., Adv. Funct. Mater., Prog. Mater. Sci., Chem Catal.等期刊上发表SCI论文20余篇，h指数20。主持中国博士后科学基金第78批面上资助项目。

该研究工作得到了国家自然科学基金、江苏省自然科学基金、江苏省生物医用功能材料协同创新中心的支持。

论文链接：https://pubs.acs.org/doi/full/10.1021/jacs.5c19360