近日，学院李丰/李晶博士在电催化CO₂还原制乙醇催化剂设计及机理研究方面取得重要研究进展。该工作以“Twin Heterostructure Engineering and Facet Effect Boosts Efficient Reduction CO₂-to-Ethanol at Low Potential on Cu₂O@Cu₂S Catalysts”为题发表在催化领域国际顶级期刊《ACS Catalysis》（IF = 12.9，中国科学院一区TOP），并被研之成理、邃曈科学云等公众号平台转载报道。该论文第一作者为李晶博士，李丰博士和浙江工业大学王建国教授为共同通讯作者，我校为第一单位。

CO₂分子具有很高的热力学稳定性（C=O键解离能高达750 kJ·mol^-1），将其在温和条件下化学转化是一项极具挑战性的研究课题。研究团队通过Cu₂O晶面控制及异质结构筑策略合成了Cu₂O@Cu₂S孪晶（立方体Tc-Cu₂O@Cu₂S，八面体To-Cu₂O@Cu₂S）催化剂。详细研究了晶面，异质结，及孪晶晶界对CO₂还原选择性的影响。原位XRD及原位光电流测试技术详细揭示了异质结构建对Cu⁺的稳定作用。原位红外及理论计算结果揭示了催化剂表面CO₂制乙醇过程反应机理。在−0.65 V vs RHE电位下，乙醇在H型电解池和流动池中的法拉第效率分别达到34%和43.9%，并在160 mA cm^-2电流密度下催化剂保持较好的稳定性。

论文主要亮点包括：

（1）通过晶面控制，合成了Cu₂O孪晶立方体和孪晶八面体，且孪晶晶界数量可控。并利用离子交换策略构建了Cu₂O@Cu₂S孪晶异质结催化剂。有助于研究晶面，异质结及孪晶晶界对乙醇选择性的影响。

（2）通过简单的原位光电流测试技术，结合原位XRD表征手段可实时分析Cu₂O@Cu₂S催化剂在电解过程中的结构及组成稳定性。

（3）借助原位红外手段探测乙醇生成过程中的关键中间体*CHOH和*CO_atop，结合理论计算结果揭示了催化剂表面反应机理。

论文链接：https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acscatal.3c05857