近日，实验室绿色化学研究团队王键吉教授联合河南大学张锁江院士、美国怀俄明大学范貌宏院士在国际化学顶级期刊Journal of the American Chemical Society（《美国化学会杂志》）发表了题为Selective electrosynthesis of ethanol from CO2 enabled by high CuI content and enhanced H2O activation of molecularly modified Cu-based catalyst的研究论文。实验室博士研究生王楠为本文第一作者，王键吉教授、张锁江院士、范貌宏院士为共同通讯作者，为第一完成单位。
化石燃料消耗量的持续增长导致过量二氧化碳（CO2）排放，引发了严重的环境和生态问题。但是，CO2不但是主要的温室气体，还是重要的碳资源。利用可再生电力将CO2转化为乙醇，是实现“双碳”目标，解决能源与环境双重挑战的重要路径之一，也是CO2转化为高附加值化学品的一种前瞻技术。研究团队利用预还原策略制备了苯四甲酸(BTEC)-Cu(Ⅰ)配位化合物修饰的氧化亚铜（Cu2O）催化剂，通过调控配位化合物的表面覆盖度，CuⅠ的原子百分比可连续地从9.7%调变至83.6%，其对电催化CO2还原合成乙醇的选择性可从6.1%提高至56.8%。优化的催化剂在膜电极电解池中电催化CO2还原得到C2+产物的法拉第效率高达87.3%，分电流密度达到676.0 mA cm-2，其中乙醇的法拉第效率为56.8%，分电流密度高达439.8 mA cm-2，并且该催化剂体系在连续110小时的电解过程中保持稳定。同时，该团队发现了CuⅠ的原子百分比与乙醇选择性之间的线性关系，强调了CuⅠ在选择性生成乙醇中的关键催化作用。原位光谱技术和密度泛函理论计算表明，配位化合物稳定的CuⅠ降低了*COatop-*COH偶合反应的能垒，稳定了对生成乙醇起决定性作用的中间体CH3CHO*，且表面配位化合物中的BTEC与界面水分子形成氢键，加速了水分子解离为活性氢（*H）的动力学，促进了乙醇生成中的加氢过程，抑制了乙烯的生成。
该成果是继CO2光还原制备合成气之后，实验室在CO2资源化利用研究领域取得的又一重要成果。该成果为设计高效、稳定的Cu基电催化剂用于CO2还原选择性合成多碳醇提出了新的思路，为深入认识Cu基催化剂的构效关系和催化作用机制提供了新的科学依据。该研究得到国家自然科学基金重点项目和河南省科技创新人才计划等项目的支持。
论文链接：https://pubs.acs.org/doi/10.1021/jacs.5c19695