利用可再生电力将CO2电还原为液体燃料，如乙醇和正丙醇，为控制全球碳平衡和满足间歇性可再生能源储存的需求提供了一种极有效策略。众所周知，铜基催化剂是最有前途的CO2转化为C2+产物的电催化剂。然而，大多数铜基催化剂一般都倾向于在CO2RR过程中生成乙烯。为了提高C2+醇的选择性，人们采用了不同的方法对铜基催化剂进行改性，包括改变形貌、使用两种金属掺杂杂原子和用其他分子修饰。这些方法主要是通过另一组分增加关键的C1中间体(CO)的生产，以进一步提高醇的生产。尽管已经进行了大量研究，然而在商业电流密度（超过100 mA·cm-2）下，C2+醇的法拉第效率(FE)仍然低于43%。此外，由于界面和缺陷等微观结构特征影响着CO2RR，而且很难控制，使得很难理解有关另一组分对铜的电催化性能的影响。
有鉴于此，中科院化学所韩布兴院士报道了CuO衍生的铜纳米棒（NGQ/Cu-nr）上由氮掺杂石墨烯量子点（NGQ）组成的复合材料可作为CO2RR为乙醇和正丙醇的优异电催化剂。
文章要点
1）研究人员通过在N2气氛下煅烧从Cu(OH)2纳米棒获得CuO-nr，然后通过在二甲基甲酰胺（DMF）溶剂中原位N掺杂氧化石墨烯来合成NGQ。将NGQ和CuO纳米棒（CuO-nr）混合，制备出NGQ/CuO-nr，然后在NGQ / CuO-nr中通过电还原CuO-nr原位形成NGQ/Cu-nr。
2) SEM和TEM图像显示，NGQ / CuO-nr具有纳米棒形态，与原始的CuO-nr相似。HRTEM图像显示，NGQ和CuOnr之间存在直接界面接触，并且在HR-TEM图像中观察到了NGQ和CuO的相应晶格间距。X射线能谱图表明，Cu和N元素均匀分散在催化剂上，因此NGQ成功分散在CuO-nr上。
3）在总电流密度为282.1 mA·cm-2的条件下，C2+醇的法拉第效率（FE）可达52.4%。这是迄今为止在商用电流密度下，C2+醇的最高FE。
4）对照实验和密度泛函理论（DFT）研究表明，NGQ/Cu-nr可以提供双重催化活性位点，并且可以稳定CH2CHO中间体，从而通过进一步的碳质子化显著提高醇的FE。因此，NGQ和Cu-nr具有加速CO2还原为醇的优异协同作用。
Chunjun Chen, et al, Highly Efficient Electroreduction of CO2 to C2+ Alcohols on Heterogeneous Dual Active Sites, Angew. Chem. Int. Ed., 2020
DOI：10.1002/anie.202006847
https://doi.org/10.1002/anie.202006847
