环化学院施伟东教授团队在CO2资源化转化领域取得系列重要突破，两项成果接连发表于《Nature Communications》

近日，我院施伟东教授领衔的先进绿能碳氢循环创新团队围绕二氧化碳资源化高效转化开展系列攻关，分别在光催化CO₂还原制乙烯、电催化CO₂还原制乙醇两大方向取得突破性进展，两项研究成果相继发表于国际顶级综合性期刊《Nature Communications》。学院青年教师解仲凯、刘洪分别为两篇论文的第一作者。

二氧化碳资源化利用是实现“双碳”目标的重要技术路径之一。利用太阳能或可再生电能驱动CO₂转化为乙烯、乙醇等高附加值化学品，不仅能够实现温室气体减排，还可促进碳资源循环利用。然而，由于CO₂分子化学性质稳定，多电子、多质子耦合反应过程复杂，如何提高多碳产物的生成效率、选择性及催化体系稳定性，一直是该领域面临的关键科学问题。

在光催化CO₂还原方向，团队针对多碳产物形成过程中活性中间体易损耗、传质效率受限等关键瓶颈，通过离子交换强化界面静电作用，将铜纳米团簇定向锚定于AgBr纳米颗粒表面，并均匀负载于TiO₂载体上，成功构建了空间受限的Cu/AgBr/TiO₂三元异质结构。该催化体系通过S型异质结与欧姆结协同促进光生载流子高效分离与传输，同时利用空间限域效应稳定关键反应中间体，显著抑制*OH过氧化及副反应发生，实现了CO₂向乙烯的高效光催化转化。优化后的催化剂乙烯产率达到162.4 μmol·g^-1·h^-1，是纯TiO₂的377.7倍，并表现出优异的长期稳定性。该研究为高效多碳光催化体系设计提供了新的理论依据和技术思路。

在电催化CO₂还原方向，团队围绕工业级电流密度下乙醇选择性低、催化剂稳定性不足等难题，创新设计了CuAg@NTA分子保护催化体系，通过氮三乙酸（NTA）分子保护层有效抑制了反应过程中金属位点的迁移与团聚，显著优化了关键中间体的形成及加氢路径。实验结合理论计算表明，该策略不仅促进了C-C偶联，而且有效抑制了乙烯副产物生成，使乙醇生成路径具有更高热力学优势。得益于上述协同调控机制，CuAg@NTA催化剂展现出卓越的CO₂电还原制乙醇性能。在250 mA cm^-2的电流密度下，乙醇法拉第效率高达87.21%，乙醇的分电流密度达到218.03 mA cm^-2，连续运行300小时后仍保持70%以上的乙醇选择性，综合性能达到国际领先水平。

两项研究分别从光催化和电催化两个维度，为CO₂高效资源化利用提供了新的催化材料设计理念和反应调控策略，不仅深化了多碳产物生成机制的认识，也为太阳能、绿色电能驱动的碳资源循环利用提供了重要理论支撑和技术储备，对推动绿色能源转化及“双碳”目标实现具有重要意义。两项研究均得到了国家自然科学基金、江苏省自然科学基金等项目的支持。

文章链接：

光催化CO₂还原制乙烯：https://doi.org/10.1038/s41467-026-69277-4

电催化CO₂还原制乙醇：https://doi.org/10.1038/s41467-025-61132-2

此外，施伟东教授团队持续聚焦CO₂资源化利用与绿色能源转化领域，在光催化、电催化等方向开展系统研究。今年以来，团队研究成果相继发表于Nature Communications、Angewandte Chemie International Edition、Advanced Energy Materials、ACS Catalysis、Chemical Science、Chinese Chemical Letters等国际高水平学术期刊，充分体现了我院在绿色能源催化领域的科研实力与学术影响力。