Cu0/Cu+异质结界面调控CO2甲烷化路径的机制研究与催化设计新策略

（编辑推荐）本研究通过密度泛函理论（DFT）揭示了Cu-Cu2O异质结中Cu0与Cu+位点在CO2还原为CH4过程中的协同机制：Cu0位点优先通过COH路径（过电位0.860 eV），而Cu+位点倾向CHO路径（过电位0.699 eV），界面协同作用使过电位降至0.473 eV，为设计高效铜基催化剂提供理论依据。

　　

Highlight

Cu⁰与Cu⁺在铜基催化剂调控CO₂还原路径中发挥关键作用，但其具体机制尚不明确。本研究通过构建Cu-Cu₂O异质结结构，首次系统阐明了不同价态铜在CO₂甲烷化中的协同效应。

Cu-Cu₂O异质结结构与CO₂甲烷化路径

通过优化Cu(100)与Cu₂O(100)晶面构建的异质结界面（图1a），发现Cu⁰位点主导COH路径（能垒0.860 eV），而Cu⁺位点偏好CHO路径（能垒0.699 eV）。界面处Cu⁰吸附碳原子、Cu⁺吸附氧原子的独特分工，使过电位显著降低至0.473 eV。界面畸变为中间体活化提供驱动力，加速CH₄生成。

结论

DFT计算表明：Cu⁰位点通过COH路径实现CO₂甲烷化，而Cu⁺位点更易生成CHO中间体。异质结界面通过空间位阻效应与电子协同作用，将关键步骤（*COOH形成）能垒降低48%，为设计高效CO₂还原催化剂提供新范式。