全球气候变化已经成为人类发展面临的最大挑战之一，中国作为有责任有担当的大国一直积极参与全球气候治理。2020年9月22日，习近平总书记代表中国率先向全世界做出承诺：二氧化碳排放力争2030年前达到峰值，努力争取2060年前实现碳中和。碳捕获、利用与封存(ccus)是实现碳达峰、碳中和的关键，其中利用清洁能源(风，水，太阳能)所产生的电能在温和条件下驱动二氧化碳转化为高附加值的化工产品是最具前景的二氧化碳转化途径之一。
“载能小分子高效转化“创新研究群体骨干、先进能源材料化学教育部重点实验室和新能源转化与存储交叉科学中心成员程鹏教授团队设计合成的新型cu2o纳米材料及其复合催化剂，实现电催化co2高效转化为乙烯和合成气。该工作发表在国际顶级期刊angew. chem. int. ed.上。
该工作提出了两种催化剂设计合成策略来提高纳米cu2o的电催化还原co2的催化性能：1）通过晶面调控来提高催化产物中c2h4的法拉第效率。通过还原剂的调控，作者得到具有不同晶面的cu2o纳米颗粒，其中具有(332)晶面的星形结构的纳米cu2o颗粒可以在中性电解质中将co2还原为c2h4，法拉第效率高达74.1%，这是目前报道的cu2o基催化材料的最高值，原位表征结合dft理论计算表明(332)晶面能够显著降低电催化co2还原过程中关键中间体的自由能，进而促进碳-碳偶联生成c2h4。
2）通过界面工程用mofs对cu2o表面进行修饰调控还原产物为合成气。在cu2o(332)上原位引入金属有机框架(mofs)涂层，通过晶面和涂层的“双重控制策略”，将产品从c2h4切换到具有适当h2/co比(2:1)的高纯度合成气，这是工业中用于生产酒精的最重要的原料气之一。在复合催化剂体系中，mofs一方面提高co2吸附量，另一方面改变催化反应中关键间体剂的吸脱附，进而将产物选择性调控为合成气。
本文从材料的设计合成和反应产物的调控方面展示了晶面结构和mofs对于改善催化剂的稳定性，提高催化剂活性方面的巨大优势，结合原位表征和理论计算，为今后高效地二氧化碳电还原催化剂的设计提供了新的思路。论文的第一作者为博士研究生骆海强，通讯作者是程鹏教授和李博博士。该工作得到了国家自然科学基金创新研究群体项目的支持。