二氧化碳（CO₂）向一氧化碳（CO）的转化是合成燃料和化学品生产中的关键环节，但由于CO₂化学性质稳定，该反应通常需要在500–600°C以上的高温条件下进行，且催化剂在长期运行中易出现性能衰减。

韩国化学技术研究院（KRICT）金贤卓博士牵头的研究团队，与庆北国立大学金永镇教授、蔚山科学技术院（UNIST）李根植教授及忠南国立大学金相俊教授合作，开发出一种在原子层面精确构筑的铜-镍双原子催化剂。研究称，该催化剂在高温热化学条件下仍可稳定实现CO₂向CO的转化。相关成果已发表于《自然通讯》（Nature Communications）。

研究团队指出，传统CO₂转化催化剂多采用镍（Ni）、铜（Cu）或铂（Pt）等金属纳米颗粒。此类体系在提高金属负载量时往往伴随成本上升，而在高温、长时间运行过程中还可能发生烧结，导致颗粒聚集、活性位点减少并引发催化性能下降。

作为替代方向，近年来单原子催化剂（SACs）通过将孤立金属原子锚定在碳基载体上以提升金属利用率，但研究团队表示，单原子在热与结构应力下仍可能迁移并聚集，进而造成失活。

为解决上述问题，团队设计了铜与镍以“双原子对”形式嵌入氮掺杂碳框架的结构，形成N₂Cu–N₂–NiN₂构型。研究称，该原子级定义结构在降低金属用量的同时，兼顾催化活性与稳定性。

研究结果显示，铜-镍双原子结构有助于加快CO₂活化，并使产物CO更易解吸，从而抑制不希望的甲烷（CH₄）生成。由于金属原子受到载体的强稳定作用，在反复高温操作下仍能保持原子分散状态，避免了纳米颗粒体系常见的聚集问题。

在制备方面，团队表示该催化剂路线相对简化，不依赖原子层沉积（ALD）或化学气相沉积（CVD）等专业沉积技术，可通过溶液混合、干燥与热处理工艺完成。研究人员在相同条件下通过增加前驱体投入，实现了13–15克规模的铜镍双原子催化剂（CuNi-DAC）可重复合成。

催化测试中，该催化剂在300–600°C范围内实现接近热力学平衡的CO₂转化，CO选择性接近100%，且未检测到甲烷生成。研究称，在反复温度循环条件下，催化剂可稳定运行超过100小时。

研究团队认为，该成果显示了其作为逆水煤气变换（RWGS）过程关键材料的潜力。RWGS可将CO₂转化为CO并生成合成气，后者可用于合成甲醇、合成燃料、塑料及多种化学品。研究同时指出，现有高温RWGS催化剂在长期运行中可能出现甲烷生成或结构退化，而该双原子催化剂为提升选择性与耐久性提供了新的路径。

金贤卓表示，通过精确设计铜-镍双原子结构，团队实现了在高温热化学条件下对CO₂向CO转化的选择性控制，并在反复操作后保持原子分散状态。KRICT院长李永国称，该研究展示了原子分散催化剂的稳定性与规模化合成可行性。