CO2电还原制备乙烯调控跃变型果实成熟：绿色精准农业的新策略

针对传统果实成熟调控技术存在的高能耗、食品安全及环境污染问题，中国科学院化学研究所团队开发了一种基于A-Cu2O-PFP复合电极的CO2电还原(CO2RR)新技术，可将CO2高效转化为乙烯（选择性38.46%，产率222.46 μL h?1），实现果实成熟过程的精准调控。该技术为跨境供应链中的食品安全问题提供了绿色解决方案，同时拓展了CO2RR技术的农业应用场景。

　　

背景与挑战
每当咬下一口催熟的香蕉或芒果时，很少有人想到这背后隐藏着怎样的科技博弈。全球化的农产品贸易让跃变型果实（climacteric fruits）必须经历采摘后成熟的过程，而传统催熟技术正面临三重困境：乙烯利（ETH）存在生殖毒性风险，高压乙烯气体易爆易燃，冷链脱乙烯技术又能耗过高。更棘手的是，发展中国家中小型果商难以承担智能催熟系统的高成本。与此同时，大气中过剩的CO₂却在呼唤循环利用的新途径——能否让这两个看似无关的难题碰撞出火花？

创新研究
中国科学院化学研究所的Ding Yuxuan团队在《Food Chemistry》发表的研究给出了肯定答案。研究人员另辟蹊径，将电催化领域的CO₂RR技术引入农业领域，开发出能"变废为宝"的A-Cu₂O-PFP复合电极系统。这个不足巴掌大的装置，可在常温常压下将CO₂精准转化为果实催熟的关键信号分子——乙烯，犹如给水果安装了一个"光合作用逆转器"。

关键技术
研究采用温和水热法合成多晶面立方体Cu₂O催化剂（A-Cu₂O），通过导电聚合物PFP修饰提升电子传输效率；优化KHCO₃/KCl电解质体系使C₂H₄选择性提升至38.46%；设计气密反应舱实现CO₂/N₂（1:1）混合气体的高效转化；通过气相色谱实时监测乙烯浓度变化。

研究结果

催化剂设计
通过调控葡萄糖还原过程中的pH值（11.5）和温度（55℃），成功制备出暴露(100)、(110)和(111)晶面的A-Cu₂O立方体。电化学测试显示，其起始过电位比商业Cu₂O降低210 mV，PFP修饰后电荷转移电阻进一步下降67%。

电解质优化
在0.1 M KHCO₃+0.4 M KCl混合电解质中，C-C耦合能垒显著降低。拉曼光谱证实，该体系能稳定*CO中间体，使乙烯产率较纯KHCO₃体系提升3.2倍。

果实催熟验证
香蕉催熟实验显示，CO₂RR系统产生的2 ppm乙烯可在48小时内使果实均匀软化，糖度提升14.2%，且无催熟剂残留。相比乙烯利处理组，该系统催熟的香蕉多酚氧化酶活性降低23%，有效延缓褐变。

结论与展望
这项研究开创性地搭建了CO₂减排与农业生产的桥梁：一方面，A-Cu₂O-PFP电极解决了传统铜催化剂选择性差的难题；另一方面，模块化设计使系统可适配集装箱、冷库等不同场景。特别值得注意的是，该技术将CO₂RR的产物复杂度从传统的C₂₊混合物精简为单一乙烯输出，完美匹配农业应用的敏感性需求。正如研究者所言，这不仅是"碳中和"技术在精准农业中的首次成功实践，更为发展中国家农产品供应链安全提供了"可充电式"的解决方案——未来或许每个水果摊都能配备这样的"乙烯充电宝"。