電催化CO2還原被認為是最具有應用前景的CO2轉化技術之一。該工藝過程相對簡單、無污染，而且所需的電能可以直接從太陽能、風能等可再生能源中轉化獲取，能夠實現真正意義上的碳循環利用。從CO2RR高選擇性地制備理想的C2產品（例如乙烯）仍然是研究熱點及難點。
近日，多倫多大學的Edward H. Sargent教授團隊報道了一種分子調控策略，通過用有機分子對電催化劑表面進行修飾，從而穩定反應中間體，以提高CO2RR轉化為乙烯的選擇性。芳基取代聯吡啶及其衍生物對Cu催化劑進行修飾后可明顯提高乙烯的選擇性。該類分子改善了頂部結合的CO中間體的穩定性，從而有利于進一步還原為乙烯。
研究表明，乙烯選擇性與Cu-x表面上CO吸附形態（頂部結合COatop與橋接CObridge）的比率之間呈火山型關系（圖2a）。這與有機分子電子給體的供電子能力有關（圖1c），正是由于聯吡啶的給電子能力差異引起的。這一發現表明，頂部結合COatop比橋接CObridge更有利于*CO中間體的穩定。
為進一步揭示CO鍵合過程中活性位點與吸附形態的關系，通過DFT計算不同吸附中間態的反應能壘。結果表明，COatop與CObridge兩種鍵合方式同時存在時，反應能壘最低（0.72 eV）。
該成果以“Molecular tuning of CO2-to-ethylene conversion ”為題于2019年11月20日在線發表于國際期刊Nature。
圖4 CO2RR制取乙烯反應的穩定性測試
