由于特定的电子重分布和空间接近性，双原子催化剂（DACs）被确定为CO2高效光转化为C2H4的主要关注。然而，以自下而上为主的DACs合成策略制约了高有序DACs的发展，阻碍了催化性能的优化和实际反应机理的探索。
基于此，中科院长春应用化学研究所宋术岩研究员和江苏大学施伟东研究员等人报道了一种自上而下的离子切割结构来制备的DACs，构建了CuAu-DAs-TiO2（CuAu-DAs-TiO2）。在没有任何牺牲剂的情况下，CuAu-DAs-TiO2以568.8 μmol g-1 h-1的速率生成C2H4，优于已报道的将CO2和H2O光转化为C2H4的工作，并且在120 h的光催化稳定性测试中未观察到明显的催化剂失活。通过DFT计算，作者以Cu-NCs、Cu-SAs、CuAu合金和CuAu-DAs改性TiO2模型，研究了C-基中间转换效率与不同纳米结构之间的关系。在这些模型中，在*CO生成过程中，*CO2、*COOH和*CO的生成几乎没有能量输入，表明由于这些放热自发过程，*CO的快速生成。在三种可能的*CO转化路径中，由于相邻吸收的*CO中间体之间的弱相互作用，Cu-NCs-TiO2、Cu-SAs-TiO2和CuAu-合金-TiO2上无法形成优化的能量有利的*CO耦合模式。对比*CO解吸到CO，由于Cu-NCs-TiO2、Cu-SAs-TiO2和CuAu-合金-TiO2产生*CHO的能垒和能量输入较低，*CO优先质子化。受Au的引入影响，由于Cu和Au位点之间的协同作用，*CO转化的能量输入急剧减少，表明抑制*CO中毒效应可能归因于CuAu位点上*CO的快速转化。此外，基于重构的表面反应物中间吸附构型和降低的*OCCO偶联反应能垒，可实现同时高效的*CO生成和*CO转化，有效克服了H2O光还原CO2为C2H4时的活性-稳定性seesaw效应。Well-defined diatomic catalysis for photosynthesis of C2H4 from CO2. Nat. Commun., 2024, DOI: https://doi.org/10.1038/s41467-024-46745-3.
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