利用可再生能源将CO₂电催化转化为高值产物是实现“双碳”目标的重要途径。在CO₂还原的众多产物中，CH₄由于能量密度高、绿色清洁、存储运输基础设施完善等特点受到广泛研究关注。Cu基催化剂在电催化CO₂还原制CH₄方面具有广阔的应用前景，但受限于复杂的反应过程及活性结构坍塌，仍面临着CH₄选择性不理想、稳定性差等问题。

钙钛矿氧化物材料的化学组成丰富、晶体及电子结构多变、物理化学性质可调，已被证实是面向众多电催化反应获取优良催化剂的重要平台。但已报道的Cu基钙钛矿材料由于相邻Cu位点距离较近，难以抑制C-C偶联，对CH₄表现出较低的活性和选择性；并且其Cu位点受电子攻击会发生深度还原，导致催化剂重构，难以维持稳定。

近期，功能膜与氢能技术研究中心膜催化材料研究组在朱佳伟研究员和江河清研究员的指导下，设计构筑了高活性、高选择性、高稳定性的Cu基岩盐有序双钙钛矿氧化物Sr₂CuWO₆。在其岩盐有序结构中，角连接的CuO₆和WO₆八面体在所有维度上交替排列，导致了超过5.4 Å的长Cu-Cu间距以及Cu-O-W超交换相互作用。相对于CuO/WO₃的物理混合物，Sr₂CuWO₆在CO₂还原制CH4的活性和选择性表现显著提升（高达14.1倍），同时稳定性也得到了明显增强。重要的是，Sr₂CuWO₆是目前CO₂还原制CH₄性能最高的无机钙钛矿电催化剂，在400 mA cm^-2下对CH4的选择性达到73.1%。实验和理论计算表明，Cu基双钙钛矿性能优异的原因是Cu-Cu位点间的长间距促进了*CO加氢，同时超交换相互作用稳定了Cu位点。本项工作为设计更先进的Cu基催化剂提供了新的思路，相关研究成果发表于国际顶级期刊《自然·通讯》（Nature Communications）。

该工作第一作者是朱佳伟和青岛能源所博士生张瑜，通讯作者为朱佳伟和江河清，得到了中国科学院高层次人才计划、国家自然科学基金、山东省人才计划、山东省自然科学基金以及江苏省自然科学基金的支持。（文/图 朱佳伟）

原文链接：https://www.nature.com/articles/s41467-024-45747-5

Jiawei Zhu#,*, Yu Zhang#, Zitao Chen, Zhenbao Zhang, Xuezeng Tian, Minghua Huang, Xuedong Bai, Xue Wang, Yongfa Zhu, Heqing Jiang*, Superexchange-stabilized long-distance Cu sites in rock-salt-ordered double perovskite oxides for CO₂ electromethanation. Nat. Commun.15, 1565 (2024).