摘要：由可再生电力驱动的乙腈(AN)电催化氢化(ARR)在过去几年中引起了广泛关注。在阴极上AN转化为乙胺(EA)涉及四质子和电子转移过程，相比之下，HER经历了双质子和电子转移机制，与ARR显著竞争。

由可再生电力驱动的乙腈(AN)电催化氢化(ARR)在过去几年中引起了广泛关注。在阴极上AN转化为乙胺(EA)涉及四质子和电子转移过程，相比之下，HER经历了双质子和电子转移机制，与ARR显著竞争。

为了促进ARR和抑制HER，理想的催化剂应该对AN表现出中度亲和力，但不与胺基形成过强的相互作用，以阻碍EA产物的解吸。金属Cu纳米颗粒是一种有前景的ARR催化剂，其表现出显著的EA选择性和部分电流密度。尽管如此，高电流密度下的EA法拉第效率仍然不理想。

在以前的研究中，Cu基催化剂是通过电化学处理或热还原来还原CuO或Cu2O制备的，因此大部分CuO还原为金属Cu，这可能会促进HER。此外，乙腈氢化过程尚未得到广泛研究，特别是氢原子的来源尚未确定。

近日，中国科学院大学宁波材料所陈亮、田子奇和林贻超等构建了一种自支撑CuO@Cu异质结，其能够通过耦合Volmer步骤和ARR过程来抑制HER。CuO@Cu异质结是通过在AN存在下对Cu2O薄膜进行电化学处理而制备的。通过歧化反应，将Cu2O转化为Cu和CuO，而不是Cu2O一步还原为Cu。

性能测试结果显示，CuO@Cu异质结在整个测试电位范围(-0.1至-0.4 VRHE)内表现出接近100%的EA法拉第效率，并且其在0.2 A cm-2电流密度下连续运行1000小时期间，EA法拉第效率始终大于95%，过电位也没有明显增加。

电化学阻抗谱(EIS)、原位光谱分析和密度泛函理论(DFT)计算表明，尽管HER和ARR是阴极上的竞争反应，但它们共享相同的基本步骤，即Volmer步骤。CuO@Cu的电子结构促进了Volmer步骤中产生的氢原子从表面吸附态到乙腈碳原子的有效转移，建立了一个表面氢迁移和溶液中的质子加入协同加氢过程。

总的来说，该项研究提供了对ARR过程的理解，并且可能启发未来的研究集中在微调催化位点的电子特性和设计催化界面，以促进有机分子电化学还原中的Volmer过程。

Surface hydrogen migration significantly promotes electroreduction of acetonitrile to ethylamine. Nature Communications, 2025. DOI: 10.1038/s41467-025-57462-w

陈亮，博士，副研究员，硕士生导师。中科院兰州化学物理研究所博士毕业。2008年至2011年在加拿大国家研究院任Research Associate。随后加盟中科院宁波材料技术与工程研究所，从事电化学储能研究。2014年，晋升为副研究员。目前，已在AEM、Sci. Rep.、ChemSusChem和ChemCatChem等杂志发表论文近20篇，申请国家发明专利3项。主持国家自然科学青年基金、浙江省公益技术研究工业项目、浙江省和宁波市自然科学基金各1项。

田子奇，博士，研究员，博士生导师。2009年获南京大学物理化学学士学位，2014年在南京大学化学化工学院物理化学专业获得理学博士学位，随后或美国能源部基础能源科学项目资助，进入美国加州大学河滨分校Deen Jiang教授课题组，从事先进气体分离材料的理论模拟与设计。2017年10月加入中科院宁波材料所，任项目研究员。主要研究方向为气体分离、储存及催化材料的设计和开发，利用多尺度分子模拟手段，结合各种实验方法研究多孔材料和薄膜材料捕集分离CO2等工业气体的基本机理，以及先进材料表面上的催化反应。已在Nano Lett.、AM、Chem. Mater.和J. Phys. Chem. Lett.等杂志上发表论文40余篇。

林贻超，博士，研究员，博士生导师，中国科学院青年促进会会员。2009年-2015年，中科院宁波材料所，获硕士、博士学位。2015年-2017年，中科院宁波材料所，博士后，2016年-2017年，美国罗格斯大学李静教授课题组，访问学者。2017年至今中科院宁波材料所副研究员、“春蕾人才”副研究员、研究员。研究方向为能源领域催化与分离材料的设计与开发。在Nat. Commun.、AM、AEM等期刊上发表文章40余篇，论文累计被引用3000余次。申请发明专利20余项，授权10余项。担任Rare Metals期刊青年编委。

来源：华算科技