在国家自然科学基金项目（批准号：21690082、91545203、21503176、21802110）等资助下，厦门大学王野、程俊团队与上海光源姜政团队合作，设计合成了氟修饰的铜（F-Cu）催化剂，实现CO2高效电催化还原制C2+产物，并揭示了氢助碳碳偶联的新机理。研究成果以“氟修饰的铜催化剂上经氢助碳碳偶联电催化还原CO2制乙烯和乙醇（Electrocatalytic reduction of CO2 to ethylene and ethanol through hydrogen-assisted C-C coupling over fluorine-modified copper）”为题，于4月20日在线发表于《自然-催化》（Nature Catalysis）刊物上。论文链接：https://www.nature.com/articles/s41929-020-0450-0。
通过C-C偶联反应直接转化C1分子合成特定C2+化合物（如乙烯和乙醇）是C1化学的重要研究目标。传统的热催化反应一般需要较高温度和压力，且C2+产物分布宽，并有大量CH4和CO生成。电催化CO2还原可以直接以水为氢源，实现温和条件下的CO2和H2O的共还原生成C2+产物。相较热催化，电催化具有pH值、电位、气液固界面等调节优势，有望实现C-C偶联。因此，发展具有高活性（电流密度）、高C2+选择性（法拉第效率）、高稳定性的催化剂，是推进电催化CO2还原反应走向实际应用的关键。
在已报道的多数研究中，催化剂的高活性与高选择性常常难以兼顾。研究团队研制的F-Cu催化剂可以在高电流密度（1.6 A cm−2）条件下取得高的C2+产物（以乙烯、乙醇为主）法拉第效率为80%。在CO2单程转化率为16.5%时，C2-C4产物选择性达到85.8%，与传统热催化相比，该方法的电催化性能可在相当的产物收率下提供更高的C2-C4选择性。研究发现，氟修饰促进了铜催化剂表面的水活化、CO吸附以及吸附CO的加氢反应，生成了易于C-C偶联的甲酰基（CHO）中间体，揭示了一种通过氢的活动促进碳碳偶联的新机理。
本研究为高效CO2电催化还原催化剂的设计提供了新思路。
图.“氢助碳碳偶联”助CO2电催化还原制乙烯和乙醇示意