利用可再生能源将CO₂电还原为高值产物是实现“双碳”目标的一条重要途径。在众多产物中，甲烷（CH₄）由于能量密度高、绿色清洁以及存储运输基础设施完善等特点受到广泛研究关注。发展高选择性合成CH₄的电催化剂不仅可以消纳绿电、降低碳排放，同时为生产绿色CH₄提供了一条高效的解决方案。

研究表明，设计和制备Cu基氧化物催化剂是实现高CH₄选择性的可行路径。对于Cu基氧化物，Cu-O键的性质在很大程度上主导着CH₄电合成过程。然而，精准调控Cu基氧化物中Cu-O键的性质，并阐明其与CH₄选择性之间的内在关系，都是该领域长期以来具有挑战性的科学难题。尽管可通过掺杂等方法调节Cu-O键的性质，但不可避免地会引入其他结构变化，导致难以单独分离出Cu-O键性质对催化性能的影响。

近期，青岛能源所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，发现了一类特殊的A₂CuO₄铜酸盐材料，为解决上述挑战提供了理想的研究平台。在这类铜酸盐中，每个Cu位点均以平面正方形配位结构与四个等效的O原子成键。通过调节A位离子半径，可以有效地调控这些铜酸盐中的Cu-O键长，而不引入其他影响因素，从而使得厘清Cu-O键长与催化性能间的关系成为可能。

基于上述特点，研究团队提出基于Cu-O键长的选择性描述符，用于筛选高选择性电合成CH₄的催化剂。结合实验与理论计算，研究人员系统研究了具有不同Cu-O键长的铜酸盐催化剂在电合成CH₄中的性能，构建了Cu-O键长这一CH₄选择性描述符。实验结果表明，CH₄选择性与Cu-O键长呈火山型关联，其最佳值出现在约1.951 Å处。通过该描述符筛选出的铜酸盐催化剂在酸性条件下（pH=1）实现了61.7%（300 mA cm^-2）的CH₄选择性，优于当前已报道的先进Cu基催化剂。

这项工作为深入理解Cu-O键性质与CO₂还原性能之间的内在关系提供了重要思路，并有助于进一步设计制备更为高效的Cu基氧化物催化剂。相关研究成果发表于国际著名期刊Angew. Chem. Int. Ed.

该工作第一作者是青岛能源所科研助理徐蕴泽、博士生张瑜、博士后赵宏艳，通讯作者为朱佳伟研究员，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、国家重点研发计划、以及国家自然科学基金国际合作与交流基金的支持。（文/图 徐蕴泽）

原文链接：https://doi.org/10.1002/anie.202503745

Yunze Xu^#, Yu Zhang^#, Hongyan Zhao^#, Lei Shi, Zhenbao Zhang, Xueyan Li, Zhen Xue, Heqing Jiang, Yongfa Zhu, Jiawei Zhu*, Optimizing the Selectivity of CH₄ Electrosynthesis from CO₂ over Cuprates through Cu-O Bond Length Descriptor, Angew. Chem. Int. Ed.2025, e202503745. DOI:10.1002/anie.202503745.