铜纳米簇能够控制二氧化碳还原产物

二氧化碳排放量的增加正在加速全球变暖和气候变化。但是，如果科学家能够将多余的二氧化碳转化为潜在的能源呢

电化学还原是实现这一目标的一种有前景的方法。通过这种催化剂驱动的过程，二氧化碳被转化为一氧化碳（CO）、甲烷（CH₄), 乙醇（C₂H₂O）或甲酸（HCOOH）。然而，在试图实现特定产品的工业规模生产方面仍然存在障碍

这是因为在二氧化碳还原过程中，反应可能会导致几种潜在的结果。因此，科学家们正在试验影响反应途径的方法，使其更有可能形成特定的产物

来自东北大学、东京理工大学和范德比尔特大学的一组研究人员转向了多功能金属铜，将其用作电化学二氧化碳还原的催化剂，以实现可控的产品特异性。通过在纳米尺度上控制铜的结构结构，他们可以将铜精确地塑造成直径小于2纳米的纳米簇，从而提高其作为催化剂的使用效率

他们的研究细节于2024年11月28日发表在《小科学》上。

东北大学先进材料多学科研究所（IMRAM）教授Yuichi Negishi说：“我们探索了缺陷诱导的铜纳米簇作为贵金属纳米簇的一种经济高效的替代品，并对其进行了定制，以生产特定的高能量密度产品。”

该团队通过在立方铜结构中故意制造缺陷来创建特定的活性位点，从而增强了纳米簇的性能。通过稍微错位一些铜原子，它们阻止了表面保护配体附着在某些区域，使这些斑点暴露出来

这些错位的原子不仅出现在立方体的角落，而且沿着立方体的边缘出现，形成了一个理想的二氧化碳还原反应位点网络。这种独特的铜原子排列使团队能够更有效地指导反应，提高所需产物的选择性和效率

测试表明，具有单个改性顶点的纳米簇对生产甲醇（CH 3 OH）具有很高的选择性。然而，随着缺陷位点数量的增加，选择性转向了不同的产品

根岸补充道：“我们的研究强调了铜纳米簇作为一种负担得起的二氧化碳还原催化剂的潜力，突出了它们的结构设计如何影响产品选择性。”

这些进步可以推动利用现有资源开发新的功能材料，从而创造一个更可持续的未来