近日，國(guó)際知名學(xué)術(shù)期刊《Angew. Chem. Int. Ed.》以“Highly Ethylene-Selective Electrocatalytic CO₂ Reduction Enabled by Isolated Cu?S Motifs in Metal–Organic Framework Based Precatalysts”為題，在線報(bào)道了我校材料科學(xué)與工程學(xué)院清潔能源材料與器件團(tuán)隊(duì)在電催化二氧化碳還原制乙烯領(lǐng)域的最新研究成果，并以Hot Paper方式重點(diǎn)報(bào)道。

乙烯是世界上產(chǎn)量最大的化工基礎(chǔ)原料，工業(yè)上乙烯主要通過高能耗的裂解反應(yīng)和精餾獲得。電催化CO₂還原制高附加值燃料或化學(xué)品，可將可再生電能存儲(chǔ)于碳化學(xué)鍵之中，具有重要的經(jīng)濟(jì)價(jià)值和科學(xué)意義。然而，在CO₂還原過程中CO中間體加氫以及C-C偶聯(lián)等動(dòng)力學(xué)反應(yīng)困難，傾向于還原生成C1化合物（CO、HCOOH等），限制了乙烯等高附加值多碳產(chǎn)物的生成。

針對(duì)這一關(guān)鍵問題，研究團(tuán)隊(duì)創(chuàng)新性地采用局域硫摻雜策略在廉價(jià)Cu基催化材料中引入離散的Cu-S組分。研究發(fā)現(xiàn)，該催化劑可以原位重構(gòu)得到具有豐富活性結(jié)構(gòu)的兩相銅/硫化銅界面，電流密度達(dá)到400 mA cm^-2，乙烯法拉第效率高達(dá)57.2%，多碳產(chǎn)物（乙烯、乙醇和乙酸）法拉第效率為88.4%。通過Operando X射線同步吸收譜等表征證明，離散的Cu-S組分可以在CO₂還原工況環(huán)境下穩(wěn)定高活性的Cu^δ+組分；密度泛函理論計(jì)算進(jìn)一步揭示兩相銅/硫化銅界面處的Cu^δ+組分C-C偶聯(lián)位點(diǎn)空間距離適中，可以協(xié)同降低C-C偶聯(lián)步驟的能壘。該工作實(shí)現(xiàn)了電催化二氧化碳還原制乙烯性能的大幅提升，對(duì)二氧化碳資源化利用實(shí)現(xiàn)閉環(huán)碳循環(huán)，以及助力“碳達(dá)峰、碳中和”目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)具有重要意義。

該工作主要由材料學(xué)院博士生溫春芳、化學(xué)學(xué)院博士生周敏在劉鵬飛特聘副研究員、王海豐教授、楊化桂教授等人的指導(dǎo)下完成。

文章鏈接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/anie.202111700