调控尺寸！延大教授，联合山大院长/「国家优青」，新发Nature子刊！

然而，对于Cu⁰和Cu⁺的机制理解及其具体功能的理解仍然有限，主要的障碍在于有效调节Cu⁰-Cu⁺位点的界面结构。

2025年3月10日，延安大学付峰、杨春明，山西大学杨恒权，南京林业大学荆宇在国际顶级期刊Nature Communications上发表了题为《Size-effect induced controllable Cu⁰-Cu⁺ sites for ampere-level nitrate electroreduction coupled with biomass upgrading》的研究论文，逯宇轩、岳锋、刘天阳为论文共同第一作者，付峰、杨春明、杨恒权、荆宇为论文共同通讯作者。

在本文中，作者通过调控Cu₂O纳米立方体电催化剂尺寸效应来改变Cu⁰-Cu⁺界面结构，以提高NO₃^–RR性能的可调构建。通过宏观粒子尺寸与微观配位结构性质的相关性，阐明了Cu⁰-Cu⁺基序的形成机制，并确定了Cu⁰-Cu⁺基序对NO₃^–RR的协同效应。

基于Cu⁰-Cu⁺界面电催化剂的合理设计，作者开发了一个高效的配对电解系统，在工业相关的电流密度（2 A cm^-2）下同时高效生产NH₃和2, 5-呋喃二羧酸（FDCA），且在100 cm²的电解槽中保持高法拉第效率、高产率和长时间运行稳定性，显示出有前景的实际应用。

图1：Cu₂O电催化剂的结构表征

图2：Cu₂O纳米立方体的动态重构

图3：不同Cu/Cu₂O催化剂上NO₃RR的电催化性能

图4：机理研究

图5：双电解系统及其技术经济分析

综上，作者通过调控Cu₂O纳米立方体的尺寸效应，实现了对Cu⁰-Cu⁺界面结构的可控构建，并将其应用于硝酸根电化学还原反应（NO₃^–RR）合成NH₃和生物质升级。

研究揭示了Cu⁰和Cu⁺在NO₃⁻RR中的协同作用机制，并开发了一种高效的配对电解系统，实现了NH₃和2, 5-呋喃二羧酸（FDCA）的高效生产。

基于此，所开发的配对电解系统在工业相关电流密度（2 A cm^-2）下表现出长期稳定性，显示出在可持续氨合成和生物质升级中的巨大应用潜力。

Lu, Y., Yue, F., Liu, T. et al. Size-effect induced controllable Cu⁰-Cu⁺ sites for ampere-level nitrate electroreduction coupled with biomass upgrading. Nat. Commun., (2025). https://doi.org/10.1038/s41467-025-57097-x.