利用可再生能源進行CO2電還原是實現“雙碳”目標的手段之壹。甲酸是壹種能量載體，也可作為燃料電池的液體燃料，通過CO2電還原制備甲酸是其資源化利用的重要研究方向。
研究中，夏川團隊和曾傑團隊通過制備鉛單原子合金化的銅基催化劑Pb1Cu，在實現CO2高效電還原制備甲酸鹽的同時，保證了該銅基催化劑的高選擇性和穩定性。肖建平團隊進壹步確定了Pb1Cu的催化機理及活性位點，揭示出Pb1Cu的高催化活性和高選擇性的根本原因。
肖建平團隊建立了“雙通道”二維反應相圖，用於模擬CO2還原在不同催化劑表面的活性趨勢變化。研究發現，不同於傳統單壹催化反應通道所建立的活性趨勢，CO2電還原制備甲酸鹽過程中存在羧酸根（COOH*）機理和甲酸根（HCOO*）機理，形成催化反應的“雙通道”。
因此，CO2電還原制備甲酸鹽過程的活性趨勢體現了雙活性頂點的性質。反應相圖活性趨勢的研究證明，CO2電還原制備甲酸鹽反應中，Pb1Cu催化劑主要符合HCOO*機理，說明更優的HCOO*吸附能是Pb1Cu催化劑表現出高CO2電還原活性的原因。
此外，銅位點被驗證是Pb1Cu催化CO2電還原制備甲酸鹽的活性位點。該研究為設計高活性和特定選擇性電催化材料提供了新思路。
CO2電還原制備甲酸鹽的雙頂點壹維（a）、二維（b）“反應相圖”。基於雙通道的理論和實驗活性趨勢對比（c）。CO2電還原自由能變化圖用於研究Pb1Cu單原子合金選擇性（d）
相關研究成果以 Copper-catalysed Exclusive CO2 to Pure Formic Acid Conversion via Single-atom Alloying 為題，於近日發表在《自然納米技術》（ Nature Nanotechnology ）上。研究工作得到中科院潔凈能源創新研究院合作基金、國家自然基金委員會、中科院戰略性先導 科技 專項（B類）“功能納米系統的精準構築原理與測量”等的支持。