利用可再生能源將CO2電催化轉化為高值產物是實現“雙碳”目標的重要途徑。在CO2還原的眾多產物中，CH4由于能量密度高、綠色清潔、存儲運輸基礎設施完善等特點受到廣泛的研究關注。Cu基鈣鈦礦氧化物具有多樣的化學組成、靈活的晶體/電子結構以及可調的物理化學性質，在CO2還原制CH4方面展現出良好的應用前景，但因其復雜的反應路徑和催化活性結構的降解，開發高活性、高選擇性、穩定的Cu基鈣鈦礦催化劑存在很大挑戰。
將Cu基鈣鈦礦氧化物與其他輔助相結合構筑復合催化劑，并合理設計/調控其強界面相互作用，會有效調制催化劑的物理化學性質，從而有可能提高CH4電合成的活性、選擇性和穩定性。具體地，通過理性調節復合催化劑的組分/界面性質可以調控其表面電子/幾何結構，從而優化反應路徑，促進CH4生成。此外，Cu基鈣鈦礦氧化物與輔助相間的強界面相互作用會通過電子轉移引發Cu位點電荷密度的重分布，從而有可能穩定Cu-O晶格，提高穩定性。
近期，功能膜與氫能技術研究中心膜催化材料研究組在朱佳偉研究員和江河清研究員的指導下，采用自組裝策略設計構筑了系列具有可控強相互作用界面的高性能Cu基鈣鈦礦/氧化鈣復合催化劑La2CuO4/(CaO)x。該催化劑中La2CuO4與CaO相通過界面緊密相連，帶來了強界面相互作用，主要表現為由Ca2+向Cu2+的電子轉移。該系列催化劑對CH4的活性、選擇性與CaO相含量呈火山型趨勢（與界面尺寸呈正相關）。具有最大界面的La2CuO4/(CaO)0.8表現出最佳的CH4活性和選擇性（在300?mA?cm-2時CH4選擇性達77.6%），同時具有良好的穩定性，優于已報道的Cu基鈣鈦礦氧化物。該優異性能主要來源于自組裝誘導的強界面相互作用，不僅強化*CO吸附/加氫促進CH4生成，還增強催化劑的抗降解能力提升穩定性。本項工作為設計更先進的Cu基催化劑提供了新的思路，相關研究成果發表于國際著名期刊ACS Nano《美國化學學會-納米》。
該工作第一作者是青島能源所博士生張瑜、項目聘用徐蘊澤、北京物理所陳子韜博士，通訊作者為朱佳偉，得到了中國科學院高層次人才計劃、國家自然科學基金、國家重點研發計劃、山東省人才計劃、山東省自然科學基金以及江蘇省自然科學基金的支持。
