基于铜(Cu)基材料的电催化CO₂还原反应(CO₂RR)是一种很有前景的将CO₂转化为增值多碳(C₂₊)产物的方法。目前，人们已经开发了多种铜基电催化剂，其能够高效催化CO₂生成C₂₊产物(FE_C2+>70%)和达到工业水平的电流密度(|J|>200 mA cm^-2)。

然而，这些催化剂在电还原条件下通常不够稳定。在CO₂RR过程中，材料催化性能的下降可归因于器件功能环境的失效和表面活性部位的减少。

具体而言，在电还原过程中，水还原产生的*H物种结合在金属催化剂表面形成金属氢化物，金属氢化物逐渐被蚀刻和释放到电解质中；另一方面，表面吸附的*H物种不仅有助于析氢反应(HER)，而且促进C−C对C₂₊产物的偶联。因此，调节界面水的转运和吸附对于实现高效和稳定的CO₂RR至关重要。

基于此，复旦大学郑耿锋和吕希蒙等开发了一种Cu纳米片催化剂的表面甲苯功能化策略，其调整了分子间距离，允许持续的CO₂运输，但延缓了催化剂表面的水供应。

通过疏水苯环和共轭苯环，表面功能化的甲苯分子可以通过π-π相互作用自组装成有序的疏水微通道，这些平行排列的苯环之间的最稳定距离为~为5.1 A，大于长链烷基(如硬脂酸)的距离，能够同时控制水和CO₂分子的转运，即疏水微通道保留了CO₂分子的高效运输，但减慢了水的运输，从而调整了*CO和*H吸附物的表面密度。

与具有快速阴极腐蚀的裸Cu和具有主要CO产物的长链烷基修饰的Cu相比，甲苯改性Cu纳米片催化剂(T-Cu)对C₂₊产物的部分电流密度最高可达1.81 A cm⁻²，选择性为78%。

更重要的是，T-Cu具有显著的电化学稳定性，抑制了Cu的浸出。以T-Cu催化剂组装的电解槽能够连续稳定运行超过400小时，并且在反应后材料的结构基本没发生变化。

总的来说，该项工作证明通过表面功能化方法以提高催化剂CO₂RR性能和稳定性的可行性，这为设计高效的CO₂RR电催化剂提供了新策略。

Interfacial Water Tuning by Intermolecular Spacing for Stable CO₂ Electroreduction to C₂₊ Products. Angewandte Chemie International Edition, 2023. DOI: 10.1002/anie.202309319