電化學(xué)二氧化碳還原反應(yīng)(CO₂RR)是一種將二氧化碳轉(zhuǎn)化為燃料和化學(xué)品的有效方法，它能夠?qū)崿F(xiàn)人工碳閉環(huán)。CO₂能夠轉(zhuǎn)化為多碳(C₂₊)燃料和化學(xué)品，特別是乙醇(在許多領(lǐng)域有廣泛的需求)，然而，在C-C耦合過(guò)程中，它的多質(zhì)子和電子轉(zhuǎn)移步驟緩慢。Cu基催化劑能有效促進(jìn)CO₂RR中C-C與C₂₊產(chǎn)物的偶聯(lián)，但Cu催化劑的主要C₂₊產(chǎn)物是乙烯。

基于此，中科院大連化物所汪國(guó)雄和大連交通大學(xué)王琪等通過(guò)一鍋熱解銅基金屬有機(jī)框架HKUST-1(Cu₃(BTC)₂，Cu-BTC)，成功制備被碳層包裹的CuO_x@C催化劑。

高分辨率透射電子顯微鏡(HRTEM)圖像顯示，CuO_x@C上涂有均勻的碳涂層(~2nm)。Operando拉曼光譜和X射線光電子能譜(XPS)結(jié)果表明，在CO₂RR過(guò)程中，臨界碳層可以穩(wěn)定Cu⁺物種，促進(jìn)了C-C耦合。Operando拉曼光譜表征還表明，穩(wěn)定的Cu⁺物種有利于在低電流密度下CO的形成，并在高電流密度下促進(jìn)C-C耦合。

電化學(xué)測(cè)試結(jié)果顯示，在CuO_x@C上的乙醇法拉第效率達(dá)到46%，高于不含碳涂層的CuO_x(~31%)；乙醇在CuO_x@C上的部分電流密度達(dá)到166 mA cm^-2，高于大多數(shù)已報(bào)道的催化劑。密度泛函理論(DFT)計(jì)算表明，豐富的Cu⁺物種通過(guò)改善*CO的吸附促進(jìn)了C-C耦合，并且表面碳層可以有效地調(diào)節(jié)關(guān)鍵的中間產(chǎn)物*HOCCH的自由能，通過(guò)氫化途徑促進(jìn)乙醇生產(chǎn)。

Selective CO₂ Electroreduction to Ethanol over Carbon-Coated CuO_x Catalyst. Angewandte Chemie International Edition, 2022. DOI: 10.1002/anie.202209629