近日，我校化学化工学院先进功能材料团队王昭荻博士在国际权威期刊《Nano Research》上发表题为《Tandem stepwise electrocatalytic reduction of CO2 to CH4 bymonoatomic-nanocluster Cu dual active centers》的研究论文。王昭荻博士为第一作者，彭鹏教授、李波教授和臧应教授为共同通讯作者，洛阳师范学院为该论文第一完成单位。
甲烷（CH₄）作为能量密度达55.5 GJ/吨的洁净能源载体，兼具成熟储运基础设施与高热值特性，是电化学CO2还原反应体系中极具应用潜力的目标产物。然而，CO₂至CH₄的转化涉及8电子/8质子耦合机制与多中间体演化路径，其热力学能垒高、动力学路径复杂，导致产物选择性难以突破。因此，设计和构筑具有高活性和选择性的高效催化剂对实现CO2的甲烷化反应至关重要。
该工作设计在酞菁基共价有机聚合物中构筑双功能活性中心位点从而搭建串联反应的通道。以具有单原子Cu-N4中心（CPF-Cu）的二维共轭酞菁框架材料作为载体，并通过原位还原途径负载Cu纳米团簇（NCs），构筑含有双功能活性中心的电催化剂CPF-Cu/CuNCs。相较于只具有单一活性中心的CPF-Cu展现出来的低催化活性，具有双活性中心的CPF-Cu/CuNCs表现出高达78.8%的FECH4，在-1.3 V时候的部分电流密度达到111.5 mA cm-2。研究结果表明Cu-N4位点和CuNCs位点相邻可以降低CO2到*COOH的能垒，增强*CO等中间体的结合强度，从而引导更容易的反应途径生成CH4。本研究为设计具有协同催化位点的高效CO2甲烷化催化剂提供了一种有前景的策略。
《Nano Research》创刊于2008年，是由教育部主管、清华大学和中国化学会主办的纳米领域国际学术期刊。最新影响因子9，属于中科院一区期刊。
该工作得到了国家自然科学基金、博士后科学基金等项目的资助。
论文链接：https://www.sciopen.com/article/10.26599/NR.2025.94908086
