利用可再生能源驱动的电化学二氧化碳还原反应（CO₂RR）将CO₂转化为高附加值燃料和化学品，成为实现碳中和与可持续发展的重要途径之一。在众多CO₂还原产物中，多碳（C₂₊）化合物（如乙烯、乙醇）因其高能量密度和广泛的工业应用价值备受关注。然而，由于C-C耦合步骤动力学缓慢，且高度依赖于*CO中间体的表面覆盖度，目前高效、高选择性地生成C₂₊产物仍面临巨大挑战。传统铜基催化剂虽能有效生成CO中间体，但其对CO的保留和利用能力有限，导致C₂₊产物的选择性难以突破。近年来，串联催化策略通过空间分离CO生成与C-C耦合步骤，构建梯度界面以增强CO富集，显著提升了C₂₊产物的法拉第效率。此外，纳米结构催化剂的空间限域效应也被证明能够延长CO扩散路径，促进其再吸附，从而提高CO覆盖度并优化C-C耦合效率。基于此，本研究设计了一种蛋黄蛋壳结构Cu@HCS催化剂，通过调控CO扩散动力学增强*CO中间体在活性位点的富集，进而提升C₂产物的选择性。

本文采用水热法结合高温煅烧，通过调控2,4-二羟基苯甲酸的添加量和煅烧温度制备得到具有蛋黄蛋壳结构Cu@HCS催化剂，该材料在电催化CO₂还原过程中展现出卓越的C₂产物选择性。优化后的Cu@HCS-2-800催化剂在-1.4 V vs. RHE条件下可实现69.7%的C₂ FE，显著优于传统Cu/xc-72催化剂（30.1%）。此外，这种蛋黄蛋壳结构同时有效抑制析氢副反应，在长时间运行中表现出优异的稳定性。原位ATR-SEIRAS和DFT理论分析表明，Cu@HCS-2-800催化剂通过空间限域效应延缓CO扩散并促进其再吸附，从而提升*CO中间体覆盖度以强化C-C耦合。本工作揭示了纳米尺度空间限域对提升CO₂电还原性能的关键作用，为设计具有定制微环境的先进催化剂提供了理论指导。

图1 Cu@HCS催化剂的合成方法及结构表征。

图2 Cu@HCS-2-800和Cu/xc-72催化剂的CO₂RR性能。

图3 Cu@HCS-2-800和Cu/xc-72催化剂的（a-c）ATR-IR、（d）BET和（e-f）Tafel。

图4 Cu@HCS-2-800和Cu/xc-72催化剂的原位ATR-SEIRAS。

图5 Cu@HCS-2-800和Cu/xc-72催化剂的DFT计算。

李振，汕头大学化学化工学院讲师。主要研究领域为能源转换、电催化、光催化。截至目前，在国际主流期刊上发表论文30余篇，其中包括Nat. Energy、ACS Catal.、Appl. Catal. B-Environ、J. Energy Chem.、J. Catal.等。

王功伟，武汉大学化学与分子科学学院教授，博士生导师。2010年和2015年在武汉大学相继获得理学学士和理学博士学位，2016~2018年在美国University of Wisconsin Milwaukee从事博士后研究，2018年底回到武汉大学工作。主要从事电催化研究，包括CO₂/CO电解、原位谱学等，以通讯或第一作者（含共同）在Nat. Energy、J. Am. Chem. Soc.、Angew. Chem Int. Ed.、ACS Energy Lett.、ACS Catal.等发表SCI论文三十余篇。

Su Y, Peng Z, Huang J, et al. Confinement-enhanced CO₂ electroreduction: Yolk-shell Cu@HCS catalyst for high-selectivity synthesis of C₂ products. Nano Research 2025 18(8): 94907710. 

https://doi.org/10.26599/NR.2025.94907710.