Electrocatalytic reduction reaction of CO2 (CO2RR) is an effective way to mitigate energy and environmental issues. However, very limited catalysts are capable of converting CO2 resources into high-value products such as hydrocarbons or alcohols. Herein, we first propose a facile strategy for the large-scale synthesis of isolated Cu decorated through-hole carbon nanofibers (CuSAs/TCNFs). This CuSAs/TCNFs membrane has excellent mechanical properties and can be directly used as cathode for CO2RR, which could generate nearly pure methanol with 44% Faradaic efficiency in liquid phase. The self-supporting and through-hole structure of CuSAs/TCNFs greatly reduces the embedded metal atoms and produces abundant efficient Cu single atoms, which could actually participate in CO2RR, eventually causing -93 mA cm-2 partial current density for C1 products and more than 50 h stability in aqueous solution. According to DFT calculations, Cu single atoms possess a relatively higher binding energy for *CO intermediate. Therefore, *CO could be further reduced to products like methanol, instead of being easily released from the catalyst surface as CO product. This report may benefit the design of efficient and high-yield single-atom catalysts for other electrocatalytic reactions.

Abstract Subnanometric metal clusters usually have unique electronic structures and may display electrocatalytic performance distinctive from single atoms (SAs) and larger nanoparticles (NPs). However, the electrocatalytic performance of clusters, especially the size-activity relationship at the sub-nanoscale, is largely unexplored. Here, we synthesize a series of Ru nanocrystals from single atoms, subnanometric clusters to larger nanoparticles, aiming at investigating the size-dependent activity of hydrogen evolution in alkaline media. It is found that the d band center of Ru downshifts in a nearly linear relationship with the increase of diameter, and the subnanometric Ru clusters with d band center closer to Femi level display a stronger water dissociation ability and thus superior hydrogen evolution activity than SAs and larger nanoparticles. Benefiting from the high metal utilization and strong water dissociation ability, the Ru clusters manifest an ultrahigh turnover frequency of 43.3 s −1 at the overpotential of 100 mV, 36.1-fold larger than the commercial Pt/C.

Abstract Carbon dioxide electroreduction provides a useful source of carbon monoxide, but comparatively few catalysts could be sustained at current densities of industry level. Herein, we construct a high-yield, flexible and self-supported single-atom nickel-decorated porous carbon membrane catalyst. This membrane possesses interconnected nanofibers and hierarchical pores, affording abundant effective nickel single atoms that participate in carbon dioxide reduction. Moreover, the excellent mechanical strength and well-distributed nickel atoms of this membrane combines gas-diffusion and catalyst layers into one architecture. This integrated membrane could be directly used as a gas diffusion electrode to establish an extremely stable three-phase interface for high-performance carbon dioxide electroreduction, producing carbon monoxide with a 308.4 mA cm −2 partial current density and 88% Faradaic efficiency for up to 120 h. We hope this work will provide guidance for the design and application of carbon dioxide electro-catalysts at the potential industrial scale.

An intermediate-mediated approach was proposed to synthesize copper, rich in (100) facets and defects, for highly efficient nitrate reduction.

Modulating the d-band electron of Ni nanoparticles brings forth efficient CO 2 electroreduction to CO with >90% selectivity.

Cu-based materials can produce hydrocarbons in CO

The electrochemical CO