电催化还原CO₂（CO₂RR）制备燃料或化学品是夯实“双碳”目标的重要途径之一。乙烯、乙醇等多碳（C₂₊）化合物在化工和能源工业中具有广泛应用，因此高选择性生成C₂₊产物近些年受到越来越大关注，然而目前电催化CO₂RR 至C₂₊产物仍受制于C₁物种的C-C偶联过程。单原子合金（SAA）具有独特的电子结构和可能的金属间协同效应，近年来已成功用于许多催化过程和电催化CO₂RR制备C₁产物，但是其高效制备C₂₊产物仍具挑战。

近日，中国科学院大连化学物理研究所章福祥研究员团队设计合成了一种单原子铋修饰铜合金催化剂（BiCu-SAA），用于电催化CO₂还原展示了很好的C-C偶联功能，显著提高了多碳（C₂₊）产物的法拉第效率。

研究团队通过一种“热分解金属有机硫化物—原位电还原”的简便方法合成了BiCu-SAA，并通过HAADF-STEM、in-situ XAFS等表征手段证明Bi在铜纳米颗粒上的原子级分散以及Bi、Cu之间的电子相互作用。

随后，在CO₂电催化还原过程中，与纯铜催化剂相比，BiCu-SAA催化剂具有显著提高的C²⁺产物选择性和更高的FE(C²⁺)/FE(C1)比率。原位红外实验和理论计算结果表明：单原子铋修饰可有效调节铜的电子结构以降低CO₂吸附/活化的能量，促进反应中间体的形成以实现高效的C-C偶联，进而实现CO₂到C²⁺产物的还原。该工作将SAA的应用范围扩展到电催化CO₂RR还原至C²⁺产物选择性的提升，为更长链化学品的多相催化合成提供了新思路。