電化學CO₂還原反應(CO₂RR)具有將過量的CO₂轉化為高附加值化學品的潛力，尤其是利用Cu基電催化劑能夠將CO₂轉化為高能量密度的多碳(C₂)產物。由于吸附的CO(*CO)中間體的二聚化被認為是生成C₂產物的關鍵反應步驟，因此*CO表面覆蓋(θ_*CO)是C₂形成是關鍵的。吸附氫(*H)與碳物種的耦合能力對C₂產物的選擇性也很重要，而不平衡的*H吸附和還原會導致析氫反應(HER)成為競爭副反應。增加θ_*CO能夠降低*CO二聚的勢壘并抑制H₂的形成，而過強的*CO結合也會削弱C-C偶聯。因此，對于催化劑設計來說，增加表面θ_*CO并同時實現有效的C-C偶聯用于CO₂到C₂的轉化具有重要意義。

近日，復旦大學鄭耿鋒、徐昕和東華大學況敏等推測活性和惰性*CO結合位點的高度有序和間隔結構可以誘導非常規的表面吸附物結合行為，能夠局部促進θ_*CO并減少*CO排斥，并基于此開發了一種原子有序的Cu₉Ga₄金屬間化合物作為CO₂轉化為C₂的高效電催化劑。

實驗結果和理論計算表明，Cu₉Ga₄催化劑含有具有延伸Cu-Cu距離的類Cu(100)正方形結構單元，其中Cu原子被具有低*CO或*H結合親和力的惰性Ga原子間隔；與Cu(100)或(111)面相比，方形Cu排列使得*CO的覆蓋率更高和更有效的C-C-偶聯，而Ga原子能夠削弱*CO排斥并抑制HER副反應。

因此，Cu₉Ga₄金屬間化合物表現出優異的CO₂-C₂電還原性能，C₂部分電流密度最高可達1207 mA cm^?2，相應的法拉第效率(FE)為71%；當使用5 cm² MEA電解槽時，Cu₉Ga₄電催化劑在300 mA cm^?2的總電流密度下表現出>55h的高穩定性，并且FE_C2保持在約55%。

此外，MEA電解槽的尺寸進一步增加到25 cm²，Cu₉Ga₄催化劑在電流密度為2 A cm^?2的情況下顯示出高CO₂RR功率；當施加的電位穩定在約4 V時，電解功率保持在200 W，并能連續進行3小時CO₂電解，表明其具有商業化潛力。綜上，該項工作表明，通過合理設計和開發獨特的催化位點，促進關鍵中間體的形成和調控反應路徑，能夠有效促進CO₂轉化為高附加值化學。

High-power CO₂-to-C₂ electroreduction on Ga-spaced, square-like Cu sites. Journal of the American Chemical Society, 2023. DOI: 10.1021/jacs.3c10202