物理与电子工程学院邹艳波教授在国际学术期刊《Nanomaterials》（JCR Q2，IF =4.8)上发表了题为“Reaction Pathways and the Underlying Mechanism of Ni4Cu Alloy Clusters Anchored on Graphene for CO2 Electroreduction to Formic Acid”的学术论文。该论文的通讯作者为邹艳波教授为共同通讯作者，硕士研究生张丽苏为第一作者，新疆师范大学为第一完成单位。

本研究通过密度泛函理论计算，探究了双空位石墨烯（DVG）负载的Ni₅与Ni₄Cu合金团簇在CO₂电还原制甲酸反应中的催化性能与机制。结果表明，Cu掺杂使团簇与载体的结合能从-6.2 eV提升至-7.5 eV，界面电荷转移与Ni(Cu)-C键形成显著增强了结构稳定性，可有效抑制团簇团聚。反应性能方面，Ni₄Cu/DVG将甲酸生成的速率决定步骤能垒从1.18 eV大幅降至0.26 eV，反应动力学显著提升；同时该能垒低于析氢反应能垒，可优先抑制竞争副反应，实现甲酸高选择性生成。晶体轨道哈密顿布居分析揭示，Cu引入弱化了关键中间体*OCHO的M-O键强度（Cu-O键ICOHP为-0.408/-0.492 eV，远低于Ni-O键的-0.697/-0.976 eV），避免了中间体过度吸附，优化了吸附-脱附平衡。本工作从原子尺度阐明了Ni-Cu协同效应的电子与成键机制，为非贵金属CO₂还原电催化剂的设计提供了理论指导，后续可进一步探索不同Ni/Cu比例对性能的调控用。

图1（a）Ni₅/DVG催化剂上二氧化碳还原反应路径示意图。星号（*）表示吸附中间体。（b）Ni₄Cu/ DVG 催化剂上二氧化碳还原反应路径示意图。星号（*）表示吸附中间体。（c）HER反应中的RDS能垒（eV）。

图2 针对* OCHO 吸附在Ni₅/ DVG 和Ni₄Cu/ DVG 表面时Ni–O与Cu–O键的晶体轨道哈密顿布居数（COHP）分析。

本研究获得了国家自然科学基金项目(No.12464037)的资助。

论文链接：https://doi.org/10.3390/nano16070434