電化學二氧化碳還原反應（CO₂RR）能將CO₂轉化為高附加值化工產品，是解決能源和環(huán)境問題的一種很有前景的方法。商業(yè)上可行的CO₂RR需要開發(fā)一種電催化劑，通過控制反應中間體的結合能來在多維尺度上引導反應路徑走向特定的產物，從而設計出一種反應構型

在2021年6月21日，韓國首爾國立大學Young-Chang Joo和Gun-Do Lee、韓國大邱慶北科學技術院（DGIST）Dae-Hyun Nam（共同通訊作者）等人報道了一種表面穩(wěn)定的催化劑體系，通過利用自發(fā)石墨碳（C）沉積反應，防止在CO₂RR過程中電催化劑重構。作者發(fā)現(xiàn)C約束可以解決Cu在CO₂還原過程中的表面重構問題。同時，這種準石墨C-殼層不僅可以起到保護作用，而且還可以通過穿透p-塊元素的摻雜來提高Cu的活性。作者通過自限反應控制了Cu催化劑周圍C-殼層的形成，因此Cu催化劑可在多孔的導電碳納米纖維中促進離子和氣體的傳輸。

作者開發(fā)了一種表面穩(wěn)定方法，通過在Cu納米顆粒上形成準石墨C殼，選擇性和穩(wěn)定地將CO₂電還原為C₂H₄?；跓崃W控制可逆的CO介導的反應，Cu納米顆粒被包裹在多維改性的C載體上。由C殼限制的電催化劑體系在結構和化學上都是穩(wěn)定的，因此設計合理的預催化劑直接應用于CO₂RR。B和N摻雜誘導的初始Cu⁺/Cu⁰混合態(tài)提高了C₂₊生產率，作者通過實驗和DFT計算的結合揭示了B和N摻雜的放大效應。該發(fā)現(xiàn)提出了實現(xiàn)表面穩(wěn)定催化劑的方法，該催化劑保持其原始狀態(tài)而無需修改，同時通過修改中間體的結合，利用CO₂RR合成C₂₊產物。

Quasi-graphitic carbon shell-induced Cu confinement promotes electrocatalytic CO₂ reduction toward C₂₊ products. Nat. Commun., 2021, DOI: 10.1038/s41467-021-24105-9.