化学与化工学院李晋平教授团队在电催化CO2还原方向取得新进展

我校化学与化工学院李晋平教授团队赵强教授课题组在电催化CO₂还原制备乙烯、乙醇以及酸性条件下的一氧化碳等产物方面取得突破，相继在国际化学知名期刊《Angew. Chem. Int. Ed.》以及催化领域知名期刊《Appl. Catal. B》上发表题为 “Selective Electrochemical CO₂ Reduction to Ethylene or Ethanol via Tuning *OH Adsorption”和“Engineering CuIn microenvironment for efficient acidic electrochemical CO₂ reduction to CO”的研究论文。

为增强铜基催化剂对单一C₂₊ 产物（乙烯/乙醇）的选择性，研究团队提出了一种通过调控铜缺陷位点实现对 *OH以及CH₂CHO*中间体吸附调控，从而实现二氧化碳还原选择性生成乙烯或乙醇的新方法。富含中等配位晶界缺陷位点的Cu催化剂表现出较弱的*OH和CH₂CHO*吸附，促进了CH₂CHO*在β-C位点上加氢，从而选择性地生成乙醇，乙醇法拉第效率高达56.1±8.7%，乙醇全电池能量效率高达29.0%。富含低配位位点的Cu催化剂表现出较强的*OH吸附，从而具有较强的CH₂CHO*吸附，促进了C-O键的断裂生成乙烯，获得了高达66.2±2.2%的乙烯法拉第效率和25.6%的乙烯全电池能量效率。论文通讯署名单位太原理工大学化学与化工学院，我校李晋平教授、赵强教授和怀柔实验室山西研究院孙予罕研究员为论文的共同通讯作者，第一作者为化学与化工学院教师钟达忠博士（ DOI：10.1002/anie.202501773）。

图1. 催化剂结构表征

碱性/中性电解液膜电极（MEA）反应器中，CO₂易与OH-进行反应生成碳酸盐，造成盐析堵塞气体扩散电极且单程CO₂转化效率低，CO₂-CO-C₂₊串联CO₂还原是潜在的实现高效CO₂RR应用的有效途径。为提高酸性条件下CO产物的选择性，研究团队提出利用铜基双金属（CuIn）气凝胶材料丰富的纳米级孔道网络有效阻隔CO₂RR反应本身产生的OH^-扩散，由此形成的“界面局部碱性微环境”能有效抑制析氢副反应。在酸性体系膜电极中，双金属多孔材料实现了99.1±0.3% 的CO法拉第效率，单程碳效率高达86%。论文通讯署名单位太原理工大学化学与化工学院，赵强教授和教师钟达忠为共同通讯作者，博士研究生郎学磊为第一作者（ DOI：10.1016/j.apcatb.2025.125244）。

图2.性能对比测试

研究工作获得了国家自然科学基金、中央引导地方科技发展资金以及山西省基础研究计划等项目的资助。