我院袁友珠教授和谢素原院士课题组合作在富勒烯修饰Cu2O应用于电催化CO2还原领域的研究中取得重要进展。相关成果以“Interplay of [C60]Fullerene and Cu2O Nanocrystals for Stable CO2Electroreduction to C2+ Products”为题，发表于《ACS Nano》（DOI: 10.1021/acsnano.5c13950）。
电催化二氧化碳还原反应（ECO2RR）是将CO2转化为高附加值化学品的重要途径，其中铜基催化剂因其能够高效生成多碳产物（C2+）而成为研究焦点。Cu+/Cu0被认为是C‒C偶联的关键活性位点。然而，Cu2O催化剂在反应条件下会不可避免地发生Cu+物种还原为金属铜（Cu0），导致其催化活性和选择性下降。因此，维持稳定的Cu+/Cu0比例是当前铜基催化剂在ECO2RR中制C2+产物所面对的一大挑战。
富勒烯(C60) 因其独特的球形结构和良好的电子缓冲性能，近年来逐渐被报道作为“助剂”或“载体”应用于催化研究中。袁友珠教授与谢素原院士课题组基于前期在草酸二甲酯加氢制乙二醇的研究基础（Science 2022, 376, 288-292），合成了不同形貌的Cu2O与C60复合的催化剂，应用于ECO2RR反应。
研究发现，C60分子可以附着在Cu2O纳米晶体表面，改变其表界面结构，产生丰富的Cu+/Cu0晶界。结果显示，最佳C60负载量的立方Cu2O在H-cell中最高实现60.4%的C2+产物法拉第效率（FEC2+），较原始立方Cu2O提升约20%；在流动池中FEC2+达65.6%，是原始立方Cu2O的三倍。此外，C60修饰后的立方Cu2O能够在100小时内保持60%的FEC2+，且电流密度稳定。机理研究表明，C60能够有效延缓Cu+到Cu0的还原过程，并保持晶体形貌的稳定，同时还展现了增强的CO吸附，进而维持了高效的C‒C偶联。理论计算进一步证实了C60通过稳定氧空位促进Cu+/Cu0位点形成的机理，同时其低脱附能有利于快速构建活性界面。此外， C60衍生物羟基化（C60 (OH)n）和氟化（C60 (F)n）修饰的Cu2O也观察到同样的性能提升，这表明了富勒烯类材料对于Cu2O催化剂电子调控的普适性。
袁友珠教授和谢素原院士为该工作的通讯作者，2022级硕士生陈娜、2022级博士生邓轩韬和已毕业博士生陈佐长（现为清华大学博士后）为第一作者。已毕业博士生杜鹏和刘佳以及在读博士生刘旭峰和洪碧绿参与并协助工作完成。同时，该工作还得到了郑建伟教授、秦瑞轩教授以及清华大学李隽院士的指导。该研究工作得到了国家自然科学基金（22232002、92477110、92361303 和 22372135）、国家重点研发计划（2022YFB4101000）以及厦门市自然科学基金（3502Z202373001）的资助。
论文链接: https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acsnano.5c13950
