電催化CO2產生乙烯的研究
CO2還原是時下非常火熱的研究。希望通過催化作用等手段降低大氣和海洋中的CO2濃度，進而實現保護生態環境。另外，CO2作為一種碳源，若能有效利用起來，也可以用於生產乙烯等重要化工原料，該原料市場需求巨大。
圖1二氧化碳轉化理念模式（來源：Accounts of chemical research，DOI: 10.1021/acs.accounts.8b00010）
多倫多大學Edward H. Sargent課題組開展了通過電催化CO2產生乙烯的研究，該研究發現：
圖2OH-在CO2還原，HER和CO-CO偶聯中的作用
高選擇性，高法拉第效率，高穩定性：在低過電位下，穩定、高選擇性還原CO2到乙烯一直是研究人員追求的目標。本文通過構建graphite/carbon NPs/Cu/PTEF電極，在強鹼條件下(10 M KOH)，法拉第效率最高可達70%（-0.55 V vs. RHE, 750 mA cm-1），總的C2+產物選擇性最高可以達到83%（66% ethylene，11%ethanol ， 6% acetate @-0.54 V vs. RHE, 275 mA cm-1）.graphite/carbon NPs/Cu/PTEF電極可連續穩定工作150 h，比傳統的Cu/C氣體擴散電極的操作壽命提升了300倍。
圖3OH輔助下非連續反應界面上CO2還原的性能
突破CO2擴散限制：由於CO2在水溶液中溶解度較低，所以存在嚴重的擴散問題，CO2轉化的效率低。鹼溶液中有助於CO2還原，但是強鹼溶液中CO2會生成碳酸鹽。本文通過構建graphite/carbon NPs/Cu/PTEF電極，將很薄的一層Cu催化劑沉積在氣體擴散電極上，使得CO2在與鹼溶液發生反應之前到達催化劑表面，CO2濃度得到保證。
圖4聚合物氣體擴散電極的結構與性能
確定OH-的重要影響:通過對比不同厚度Cu催化劑的性能，確定了催化劑表面高OH濃度而非溶液pH對CO2還原的重要影響，高OH濃度可以改變催化反應路徑（降低CO偶聯的活化能）。
圖5聚合物電極的穩定性測試
該研究成果在Science上以「CO2electroreduction to ethylene via hydroxide-mediated copper catalysis at an abrupt interface」為題在線發表。
