作为大自然碳循环中的重要物质，二氧化碳（CO₂）排放量的逐渐增加，已经超越了自然界所能吸收的上限，对气候以及生态环境带来了巨大影响。此外，CO₂作为重要的C1资源，利用电化学的方式将其转化，制备人类生活所需要得重要化工原料（如：乙烯、合成气）具有重要意义。Cu₂O因其相对较低的成本和独特的产物选择性，以及地球上富裕的Cu储量，是一种理想的电催化剂，但是，对于Cu₂O­基催化剂的C₂H₄选择性的提高和产物选择性的调控仍然缺乏系统性的研究。

近日，南开大学程鹏教授、马建功教授及李博博士，以纳米Cu₂O颗粒为研究对象，通过还原剂诱导Cu₂O晶面调控及表面原位MOF壳层构筑，系统性地提高了C₂H₄选择性，并成功实现了还原产物种类的调控。

作者通过还原剂诱导，得到了不同暴露晶面Cu₂O，并结合原位表征和理论计算，发现具有台阶结构的(332)晶面可以显著降低了C-C偶合过程的自由能，大幅度提高了催化剂对C2H4的选择性，并得到了目前Cu₂O基催化剂在中性电解质下电催化CO₂还原制C₂H₄的最高值（74.1%）。

随后，在Cu₂O纳米颗粒表面，原位引入ZIF-8壳层，在有效调节材料亲疏水环境的同时，为反应物和产物分子提供了物质交换的通道，提高CO₂吸附的同时，促进CO分子的脱附，从而实现了将产物由C₂H₄向合成气的转换。

在二氧化碳电还原中，利用界面工程对于金属/金属氧化物表面进行修饰，从而调控反应界面处的微环境是一种重要的策略。本文从材料的设计合成和反应产物的调控方面展示了晶面结构和MOFs对于改善催化剂的稳定性，提高催化剂活性方面的巨大优势，结合原位表征和理论计算，为今后高效地二氧化碳电还原催化剂的设计提供了新的思路。

论文信息：

Surface Modification of Nano-Cu2O for Controlling CO2 Electrochemical Reduction to Ethylene and Syngas

Haiqiang Luo, Bo Li, Jian-Gong Ma, Peng Cheng

第一作者：骆海强，南开大学化学院博士研究生

Angewandte Chemie International Edition

DOI: 10.1002/anie.202116736