近日，我院化学化工学院刘超&颜军团队与山东理工王立开副教授合作在化学类顶级期刊Journal of the American Chemical Society（DOI:doi.org/10.1021/jacs.4c07518）发表题为“Hierarchical Assembly of High-Nuclearity Copper(I) Alkynide Nanoclusters: Highly Effective CO₂ Electroreduction Catalyst toward Hydrocarbons”的论文。中南大学化学化工学院为第一完成单位，刘超副教授、颜军教授和王立开副教授为共同通讯作者，我院21级硕士生穆文磊和23级硕士生陈新宇为共同第一作者。

利用铜基催化剂进行电化学还原CO₂反应（CO₂RR）以生产高附加值的烃类燃料，是实现CO₂资源利用的有效手段。然而，铜基纳米材料的复杂表面结构阻碍了对CO₂RR反应机理的深入研究。铜纳米团簇作为一种新兴晶态铜基材料，其精确结构信息有助于在原子水平上调控催化剂活性，并提供研究材料结构与催化性能之间联系的平台。但低价铜纳米团簇不稳定，在严苛电催化条件下结构易破碎分解，因而高核铜纳米簇在电催化CO₂RR中的研究十分有限。

基于此，本研究选用疏水性大环杯芳烃与长链炔烃共偶联形成保护壳，协同构建了两种高核铜纳米团簇，Cu₃₈和Cu₄₃。通过单晶结构分析，质谱对结构逆向拆解及对一系列小的中间体铜纳米团簇的分离，研究精准揭示了高核纳米团簇的仿生分级组装机制，强调了原位捕获阴离子模板剂在刺激高核团簇生长过程中的作用，为高核团簇构筑提供了独特见解。此外，由于疏水性大环杯芳烃和长链炔烃配体共耦合作用，此类铜炔纳米团簇在强碱性溶液中具有非凡结构稳定性。电催化CO₂还原实验表明，Cu₃₈在1.37 V vs RHE处碳氢产物的总法拉第效率上达到62.01%，总电流密度为94.90 mA^.cm^-2，是迄今为止少数能高效电催化CO₂还原形成C₂₊产品的大核金属纳米团簇之一。PXRD、ESI-MS、XPS及球差电镜等多种表征手段结果表明，Cu₃₈团簇在催化过程中保持高度稳定，未观察到结构重排或铜纳米粒子的生成。原位ATR-SEIRAS光谱和原位EXAFS光谱研究确定了团簇的催化活性位点并监控了CO₂还原反应中间体。借助DFT计算，研究探讨了CO₂还原为甲烷或乙烯的潜在反应路径，揭示了铜核上配体壳层变化对产物选择性上的影响。

该项工作获得了国家自然科学基金项目(No.21901256)、湖南省自然科学基金面上项目(No. 2023JJ30650)和中南大学创新驱动计划项目(No. 2023CXQD061)等基金的支持。

团队聚焦于纳米团簇精准催化应用研究，已相继取得了系列创新成果，近年在J. Am. Chem. Soc、Chem. Sci、Chem. Comm和Inorg. Chem等国际知名期刊发表系列高水平论文，其中包含自然指数论文24篇。

（一审：李虎 二审：赵元超 三审：纪效波）