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加快打造原始創(chuàng)新策源地，加快突破關鍵核心技術,，努力搶占科技制高點,，為把我國建設成為世界科技強國作出新的更大的貢獻,。

——習近平總書記在致中國科學院建院70周年賀信中作出的“兩加快一努力”重要指示要求

面向世界科技前沿、面向經(jīng)濟主戰(zhàn)場,、面向國家重大需求,、面向人民生命健康，率先實現(xiàn)科學技術跨越發(fā)展,，率先建成國家創(chuàng)新人才高地,，率先建成國家高水平科技智庫，率先建設國際一流科研機構,。

——中國科學院辦院方針

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二氧化碳電催化還原研究取得進展

2025-03-24 化學研究所

【字體：大中小】

語音播報

利用可再生電力通過電化學CO₂還原反應（CO₂RR）生產(chǎn)高附加值化學品,，對可再生碳資源增值具有重要意義,。多碳醇因具有高能量密度特性以及與現(xiàn)有能源基礎設施的高度適配性,，在清潔能源儲存與化工原料領域展現(xiàn)出應用前景。目前,，電催化CO₂RR生成多碳醇的主要挑戰(zhàn)在于解決C-C偶聯(lián)與C-O鍵斷裂的競爭機制導致的產(chǎn)物選擇性失衡,。同時，高電流密度下中間體脫附失控和體系穩(wěn)定性低,，制約多碳醇的規(guī)?；a(chǎn)。因此,，開發(fā)新型高效催化劑以實現(xiàn)多碳醇選擇性突破,，成為領域發(fā)展的關鍵。

中國科學院化學研究所韓布興/朱慶宮團隊致力于CO₂電催化還原體系研究,。近期,，該團隊基于前期成果，發(fā)現(xiàn)稀土元素獨特的4f電子軌道特性可精準調控相鄰銅（Cu）原子的電子密度分布,，并在電催化反應過程中構建具有動態(tài)自修復特性的催化界面,，實現(xiàn)了高電流密度條件下CO₂向多碳醇的高選擇性轉化。

該團隊利用鐠（Pr）等稀土元素獨特的4f電子構型和未占據(jù)5d軌道特性,，通過分步沉淀-煅燒策略構筑具有微觀結構缺陷的復合催化劑,，在原子尺度上形成高效的不對稱活性位點。這一催化劑在700 mA cm^-2工業(yè)級電流密度下,，多碳醇選擇性達71.3%,，多碳醇/乙烯產(chǎn)物比例提升至12:1，單程碳轉化效率達44.8%,。原位表征與理論計算顯示,，Pr-O-Cu鍵合作用形成的動態(tài)自修復異質界面能夠調控*CO吸附構型，通過誘導不對稱C-C耦合路徑并穩(wěn)定醇類中間體,，以提升多碳醇選擇性,。

這一成果為設計高效的CO₂RR催化劑提供了新思路，并提升了稀土基催化劑在電催化中的應用潛力,。

相關研究成果發(fā)表在《自然-合成》（Nature Synthesis）上,。研究工作得到國家自然科學基金委員會、科學技術部,、中國科學院和北京分子科學國家研究中心的支持,。

論文鏈接

鐠銅氧化物異質界面上電催化CO₂加氫制備多碳醇的反應機制

利用可再生電力通過電化學CO2還原反應（CO2RR）生產(chǎn)高附加值化學品，對可再生碳資源增值具有重要意義,。多碳醇因具有高能量密度特性以及與現(xiàn)有能源基礎設施的高度適配性，在清潔能源儲存與化工原料領域展現(xiàn)出應用前景,。目前,，電催化CO2RR生成多碳醇的主要挑戰(zhàn)在于解決C-C偶聯(lián)與C-O鍵斷裂的競爭機制導致的產(chǎn)物選擇性失衡,。同時，高電流密度下中間體脫附失控和體系穩(wěn)定性低,，制約多碳醇的規(guī)?；a(chǎn)。因此,，開發(fā)新型高效催化劑以實現(xiàn)多碳醇選擇性突破,，成為領域發(fā)展的關鍵。中國科學院化學研究所韓布興/朱慶宮團隊致力于CO2電催化還原體系研究,。近期,，該團隊基于前期成果，發(fā)現(xiàn)稀土元素獨特的4f電子軌道特性可精準調控相鄰銅（Cu）原子的電子密度分布,，并在電催化反應過程中構建具有動態(tài)自修復特性的催化界面,，實現(xiàn)了高電流密度條件下CO2向多碳醇的高選擇性轉化。該團隊利用鐠（Pr）等稀土元素獨特的4f電子構型和未占據(jù)5d軌道特性,，通過分步沉淀-煅燒策略構筑具有微觀結構缺陷的復合催化劑,，在原子尺度上形成高效的不對稱活性位點。這一催化劑在700 mA cm-2工業(yè)級電流密度下,，多碳醇選擇性達71.3%,，多碳醇/乙烯產(chǎn)物比例提升至12:1，單程碳轉化效率達44.8%,。原位表征與理論計算顯示,，Pr-O-Cu鍵合作用形成的動態(tài)自修復異質界面能夠調控*CO吸附構型，通過誘導不對稱C-C耦合路徑并穩(wěn)定醇類中間體,，以提升多碳醇選擇性,。這一成果為設計高效的CO2RR催化劑提供了新思路，并提升了稀土基催化劑在電催化中的應用潛力,。相關研究成果發(fā)表在《自然-合成》（Nature Synthesis）上,。研究工作得到國家自然科學基金委員會、科學技術部,、中國科學院和北京分子科學國家研究中心的支持,。論文鏈接鐠銅氧化物異質界面上電催化CO2加氫制備多碳醇的反應機制

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