近日，中國科學(xué)院合肥物質(zhì)院強磁場(chǎng)中心王輝研究員課題組依托穩態(tài)強磁場(chǎng)實(shí)驗裝置（SHMFF）的核磁共振譜儀，利用溶劑自碳化還原策略成功制備碳包覆空心氧化亞銅高效催化劑，在電催化二氧化碳還原反應（CO₂RR）制備多碳（C₂₊）產(chǎn)物上取得新進(jìn)展，相關(guān)研究成果發(fā)表在Advanced Functional Materials上。  

　　近年來(lái)，二氧化碳（CO₂）的過(guò)量排放已成為全球關(guān)注的焦點(diǎn)。在此背景下，通過(guò)CO₂RR將CO₂轉換為化學(xué)品和燃料，不僅有助于緩解環(huán)境問(wèn)題，還能助力實(shí)現“雙碳”目標。盡管科研人員在CO₂RR生成一氧化碳（CO）和甲酸（HCOOH）等單碳（C₁）產(chǎn)物方面取得了顯著(zhù)進(jìn)展，但相較于這些產(chǎn)物，C₂₊產(chǎn)物因具有更高的能量密度和更大的經(jīng)濟價(jià)值而備受關(guān)注。  

　　然而，當前CO₂RR在制備C₂₊產(chǎn)物方面的效率仍然較低，與實(shí)際工業(yè)應用的需求尚有較大差距。因此，開(kāi)發(fā)能夠高效催化CO₂RR并顯著(zhù)提升對C₂₊產(chǎn)物選擇性的催化劑具有重要意義。  

　　基于此，王輝課題組采用溶劑自碳化還原策略，成功制備出一種氮摻雜碳殼保護的中空氧化亞銅（H-Cu₂O@C/N）納米反應器。這一納米反應器在空間限域效應的作用下，增強了局部催化劑表面的中間體（*CO）的覆蓋度，從而有效加速了C-C偶聯(lián)反應并促進(jìn)了C₂₊產(chǎn)物的生成。  

　　在膜電極組合（MEA）電解槽的實(shí)際應用中，H-Cu₂O@C/N展現出75.9%的C₂₊法拉第效率，并實(shí)現了248.8 mA cm^？2的部分電流密度，這證明了我們的催化劑在CO₂RR中的高效性。  

　　為了進(jìn)一步理解這一催化過(guò)程，研究團隊結合密度泛函理論和原位表征技術(shù)進(jìn)行了深入研究。這些研究結果證實(shí)，通過(guò)溶劑自碳化還原策略制備的C/N包裹層，可以有效保護Cu⁺活性物種，確保其催化穩定性。這項工作為優(yōu)化催化劑結構，實(shí)現高選擇性CO₂RR制備C₂₊產(chǎn)物提供了一種高效且可行的途徑。  

　　該研究工作獲得國家重點(diǎn)研發(fā)計劃、國家自然科學(xué)基金、安徽省杰出青年科學(xué)基金、中國科學(xué)院合肥大科學(xué)中心協(xié)同創(chuàng )新培育計劃、合肥物質(zhì)院院長(cháng)基金拔尖培育計劃、合肥物質(zhì)院博士后院長(cháng)基金、安徽省博士后科研資助基金、強磁場(chǎng)安徽省實(shí)驗室方向基金等項目的資助。  

　　論文鏈接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adfm.202312719  

　　圖 1. H-Cu₂O@C/N的合成示意圖和表征。  

圖 2. 在MEA電解槽中測量的H-Cu₂O@C/N和S-Cu₂O@C/N的CO₂RR性能。