利用可再生能源电力来电催化还原CO2制备醇燃料，不仅有助于应对能源危机，还有助于缓解温室气体效应，从而引起了广泛关注。但是，由于当前催化剂的选择性和活性有限，电催化还原CO2制醇的效率不高，亟需开发高效高选择性的催化剂。多伦多大学Edward H. Sargent教授课题组设计合成了全新的核壳结构的催化剂，并首次通过调控碳-碳（C-C）偶联“后反应”步骤，大幅提升了电催化还原CO2制醇燃料的效率。研究人员首先利用密度泛函理论模拟研究预测核（硫化亚铜）-壳（铜）结构的Cu2S@Cu有利于CO2还原过程中的反应最佳路径，他们发现调控C-C偶联之后的竞争反应能够有效地抑制反应过程中乙烯的形成，从而提高对多碳醇的选择性以及产量。研究人员指出，之所以出现上述模拟结果是因为乙烯和乙醇反应过程中有一个共同的反应中间体*C2H3O，通过催化剂的表面结构调控，可以有效抑制乙烯路径促进乙醇路径；而在Cu2S@Cu纳米颗粒表面带有Cu空位缺陷，这一缺陷吸附的*C2H3O中间体的热力学倾向于向醇类燃料转化。为此，研究人员通过胶体成核方法，设计合成了缺陷可控的Cu2S纳米晶，再利用原位电化学还原的方法，制备出含有Cu空位的核（硫化亚铜）-壳（铜）结构的Cu2S@Cu纳米催化剂。为解决CO2传质限制，研究人员采用流动电解池设备，Cu2S@Cu催化电还原CO2制备多碳醇的法拉第转换效率高达32%，转化速率超过120mA cm-2，是目前已报道的最高电流密度。与纯铜催化剂相比，Cu2S@Cu催化得到的醇/烯烃产物比例提高了6倍。该项研究设计合成了全新的缺陷可控的核壳结构纳米催化剂Cu2S@Cu，实现了C-C偶联后反应调控，从而增强电催化还原CO2催化制多碳醇的选择性和产率，为设计和开发CO2还原合成多碳醇类的高效电催化剂提供了新思路。相关研究成果发表在《Nature Catalysis》。
