二氧化碳電還原制乙烯催化劑研究取得進展

　　乙烯是現代化學工業中最重要的大宗化學品之一。目前工業乙烯主要依賴化石烴高溫蒸汽裂解制備，該過程能耗高、碳排放強度大。相比之下，利用可再生電力驅動二氧化碳電還原反應合成乙烯，有望實現“二氧化碳資源化利用—綠色化學品制造”的耦合發展。

　　近日，中國科學院國家納米科學中心等在二氧化碳電還原制乙烯催化劑結構設計與機理研究方面取得進展。

　　研究團隊提出了晶體取向熵調控策略，并結合機器學習篩選和可控工藝制備，構筑了低、中、高取向熵的Cu2O催化劑。該催化劑在400mA cm-2電流密度下的乙烯法拉第效率達到75%，并可穩定運行超過80小時。初步技術經濟分析和生命周期評價表明，該中熵Cu2O二氧化碳電催化體系，相較傳統乙烯生產路線具有潛在經濟優勢和環境優勢。

　　研究團隊基于金屬有機框架體系提出了一種結構不對稱調控策略，實現了Cu位點上碳氧中間體吸附構型的精準調節。原位光譜表征和理論計算表明，不對稱結構誘導Cu位點產生局域電子各向異性，大幅降低C–C偶聯和C2產物脫附的能壘，最終在540mA cm-2電流密度下實現了93.1%的C2產物法拉第效率，并能夠連續穩定運行超過100小時。

　　相關研究成果發表在《德國應用化學》（Angewandte Chemie International Edition）、《先進功能材料》（Advanced Functional Materials）上。研究工作得到國家重點研發計劃、國家自然科學基金、北京市自然科學基金等的支持。