仿生气阱疏水铜纳米结构实现酸性条件下高效CO2电还原制乙烯

《Advanced Functional Materials》：Cavity-Networked Copper Nanocatalysts with Acid-Tolerant Microenvironments for Efficient CO2 Electroreduction to Ethylene

本研究针对电催化CO2还原反应中多碳产物选择性瓶颈，开发了通过原位电化学重构制备的仿生气阱疏水铜纳米结构（BGH-Cu）。该结构形成互联空腔网络，可选择性保留OH?/K+抑制质子传输，在强酸性条件（pH 1）下实现54.7%的C2H4法拉第效率和600 mA cm?2高电流密度，为酸性CO2RR制C2+产物提供了新范式。

　　

通过仿生气阱疏水铜纳米结构（BGH-Cu）的原位电化学重构，研究人员成功构建了具有互联空腔网络的纳米催化剂。这些空腔作为动态电解质储库，能够选择性截留OH^?/K⁺离子，有效抑制质子传输并创建局部微碱性环境。同时，空腔增强的阳离子富集效应与碳碳（C-C）耦合过程产生协同促进作用。在强酸性条件（pH 1）下，该催化剂在膜电极组装（MEA）构型中实现了54.7%的乙烯（C₂H₄）法拉达效率，电流密度达到600 mA cm^?2，同时具备63.7%的单程碳效率和40小时稳定运行性能。这项研究不仅为制备气阱/疏水铜纳米材料提供了非极端合成策略，更阐明了"空腔微环境调控"机制对多碳（C₂₊）产物选择性的重要作用，为高电流密度酸性CO₂电还原（CO₂RR）制备多碳产物开辟了新途径。