高电流电解CO2生成多碳（C2+）产物是实现CO2转化工业应用的关键，但是*CO中间体在催化剂表面的结合强度较差，引发了多条竞争通路，阻碍了C2+的生成。基于此，中科院化学研究所韩布兴院士和朱庆宫研究员（共同通讯作者）等人报道了在安培级电流密度下，掺杂镓（Ga）的Cu（CuGa）诱导的p-d轨道杂化可以促进高效电催化CO2转化为C2+产物。结果表明，CuGa在0.9 A cm-2电流密度下表现出最高的C2+产率，法拉第效率（FE）为81.5%，在如此高电流密度下的电位为-1.07 V。在1.1 A cm-2条件下，催化剂仍保持较高的C2+产率，FE为76.9%。
通过DFT计算，作者阐明了p-d轨道杂化相互作用与CO2RR对C2+活性的关系。通过CuGa和Cu的部分态密度（PDOS）发现，Ga-(p)能带的能量与Cu-(d)能带的能量匹配良好，表明Ga和Cu间发生了强烈的p-d轨道杂化相互作用。对比纯Cu(111)表面的电子分布，Ga与Cu之间的p-d杂化相互作用导致Cu结构中的电子重新分布，表明Ga与Cu之间存在p-d电荷转移。Cu 3d/ Ga 4p轨道与CO π*轨道的能级匹配良好，形成了分别未被Gu和CuGa占据的d-π*和p−π*轨道。P-π*轨道在费米能级上的能量分散性比d-π*轨道的能量分散性更宽，表明Ga的掺杂增强了活性位点与CO分子之间的相互作用。在CuGa表面吸附后，气态CO分子的π轨道向下移动到费米能级以下，有利于提高CO吸附的反应性。*CO2在CuGa上的吸附自由能远低于Cu上的吸附自由能，表明CO2分子在CuGa表面易于活化。总之，Ga和Cu之间异常的p-d杂化相互作用通过电子结构的重新分布，增强了*CO中间物种的结合强度，降低了C-C耦合过程的反应能垒，从而提高了C2+的选择性。p-d Orbital Hybridization Induced by p-Block Metal-Doped Cu Promotes the Formation of C2+ Products in Ampere-Level CO2 Electroreduction. J. Am. Chem. Soc., 2023, DOI: 10.1021/jacs.2c12743.https://doi.org/10.1021/jacs.2c12743.
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