电合成有价值的化学物质的二氧化碳（CO₂）还原反应（CO₂RR）为解决全球能源和可持续发展问题提供了一条很有前途的途径。然而，深度还原产物（DRPs）的选择性和活性仍然是一个巨大的挑战。

近日，华东理工大学杨化桂教授，刘鹏飞报道了通过控制疏水核壳结构上Cu基材料表面的局部H₂O利用率，开发了一种新的策略来提高CH₄的DRP活性，CH₄是最深的C₁和最简单的碳氢化合物。

文章要点

1）密度泛函理论（DFT）计算结果表明，与竞争*CO脱附和C-C耦合过程相比，在局部H₂O浓度较低的Cu表面上生成CH₄是有利的途径。在实验中，研究人员合理地制作了包覆在铜/氧化亚铜核心上的疏水碳壳（H-CuO_x@C），从而推开了水溶液，以限制表面的H₂O覆盖。

2）由此得到的H-CuO_x@C在CO₂RR条件下可以保持疏水性，在1.60 V（vs. RHE）下，提供-39±3 m A cm^-2的部分CH₄(j_CH4)电流密度，峰值CH₄法拉第效率为81±3%。

3）在碱性介质中采用流动电池系统，在电流密度为-500 mA cm^-2时，催化剂的FE_CH4最高可达73.3%±5.5%。在-700 mA cm^-2时，H-CuO_x@C的j_CH4最高可达434 mA cm^-2，最大CO₂到CH₄的转化率为0.56 mmol·cm^-2 s^-1。这些性能超过了对照组CuO_x（W-CuO_x）和大多数报道的CH₄选择性催化剂。

这些结果通过构建一种疏水核壳结构来调节表面水覆盖，为电合成DRPs提供了一个新的视角。

参考文献

Xin Yu Zhang, et al, Selective methane electrosynthesis enabled by a hydrophobic carbon coated copper core–shell architecture, Energy Environ. Sci., 2021

DOI: 10.1039/d1ee01493e

https://doi.org/10.1039/d1ee01493e