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电化学CO2还原提供了一种有效减少大气中CO2的方法，因此可以从根本上缓解由CO2增多带来的温室效应问题，同时其高级还原产物乙烯、乙醇、正丙醇等不仅是化工原料，同时能作为能源物质缓解化石燃料消耗殆尽的危机。目前，电化学CO2还原反应(CO2RR)生成具有高附加值的C2或C2+产物仍存在选择性与法拉第效率较低，反应过电位较高的问题，解决问题的关键之一便是对反应催化剂进行合理地设计以促进还原路径向C2以及C2+产物的转变。在本论文中，我们利用空间限域效应来适当增加反应中间体CO的浓度，进而促进乙醇的生成。基于此，我们设计了带有空腔结构的电催化剂，主要包括：
(1)Au@Cu2O核-壳结构催化剂
我们用典型的水合肼还原Cu2+法在Au纳米颗粒(Au NPs)周围包覆了疏松多孔的Cu2O壳层，制备了具有纳米腔体的Au@Cu2O核-壳结构电催化剂，通过调节Cu2+还原剂的量和反应时间，我们成功制备了空腔尺寸可调的Au@Cu2O。该催化剂通过将CO中间体约束在纳米腔体中以提高其局部浓度，进而将CO2高选择性还原为乙醇。该体系结构显示了一种串联催化机制，即CO中间体首先在AuNPs核上的反应位点上产生，之后向纳米空腔中扩散，由于纳米约束而产生足够高的CO浓度，C-C偶联几率大大增加，最终促进了乙醇的形成。实验结果表明在-0.3Vvs.RHE的低电位下，腔体半径为35nm的Au@Cu2O(Au@Cu2O-MC)还原乙醇的法拉第效率达到了52.3％。这种策略为制备具有高选择性和低过电位的CO2RR催化剂开辟了一条新途径。
(2)Cu/HPCNs负载型催化剂
我们报告了一种简便的浸渍吸附-退火法在中空多孔的碳纳米球上直接负载铜纳米颗粒(Cu/HPCNs)的负载型催化剂，这种负载型催化剂可以突破传质动力学的限制，直接在CuNPs上进行C-C偶联反应，有效改变还原反应路径，使电化学还原反应路径向着生成乙醇的方向发生。中空多孔碳纳米球上可以将CO2还原为CO并在壳层附近富集，靠近CuNPs的CO活化偶联，最终使部分CO进一步还原为乙醇。实验证明，在-0.7Vvs.RHE的电位下，Cu/HPCNs实现了将近10%的乙醇产率。基底与负载物的协同效应以及中空多孔结构的限域效应提供了C2产物生成通道，为高效还原CO2提供了新思路。
(1)Au@Cu2O核-壳结构催化剂
我们用典型的水合肼还原Cu2+法在Au纳米颗粒(Au NPs)周围包覆了疏松多孔的Cu2O壳层，制备了具有纳米腔体的Au@Cu2O核-壳结构电催化剂，通过调节Cu2+还原剂的量和反应时间，我们成功制备了空腔尺寸可调的Au@Cu2O。该催化剂通过将CO中间体约束在纳米腔体中以提高其局部浓度，进而将CO2高选择性还原为乙醇。该体系结构显示了一种串联催化机制，即CO中间体首先在AuNPs核上的反应位点上产生，之后向纳米空腔中扩散，由于纳米约束而产生足够高的CO浓度，C-C偶联几率大大增加，最终促进了乙醇的形成。实验结果表明在-0.3Vvs.RHE的低电位下，腔体半径为35nm的Au@Cu2O(Au@Cu2O-MC)还原乙醇的法拉第效率达到了52.3％。这种策略为制备具有高选择性和低过电位的CO2RR催化剂开辟了一条新途径。
(2)Cu/HPCNs负载型催化剂
我们报告了一种简便的浸渍吸附-退火法在中空多孔的碳纳米球上直接负载铜纳米颗粒(Cu/HPCNs)的负载型催化剂，这种负载型催化剂可以突破传质动力学的限制，直接在CuNPs上进行C-C偶联反应，有效改变还原反应路径，使电化学还原反应路径向着生成乙醇的方向发生。中空多孔碳纳米球上可以将CO2还原为CO并在壳层附近富集，靠近CuNPs的CO活化偶联，最终使部分CO进一步还原为乙醇。实验证明，在-0.7Vvs.RHE的电位下，Cu/HPCNs实现了将近10%的乙醇产率。基底与负载物的协同效应以及中空多孔结构的限域效应提供了C2产物生成通道，为高效还原CO2提供了新思路。