江雷院士‌/朱英教授ACS Nano：新型水凝胶界面调控策略，助力CO₂电还原高效合成多碳产品

电催化二氧化碳还原（CO₂RR）为多碳产品（C₂₊）是实现碳中和与可再生能源存储的重要途径，铜基催化剂虽能通过C-C偶联生成C₂₊产品，但在高电流密度下平衡选择性、稳定性和碳利用仍是核心挑战。本研究背景源于界面水结构对CO₂RR路径的关键影响，但缺乏分子水平精确调控手段。研究目的为开发一种可定制的界面溶剂化策略，通过水凝胶层调控铜催化剂界面微环境，以增强C-C偶联效率。北京航空航天大学朱英教授与中国科学院理化技术研究所江雷院士团队合作，在铜纳米颗粒表面集成超薄、离子交联的壳聚糖基水凝胶层（Cu-IWH），形成带正电且高度水合的界面。该界面通过优化交联密度，调控OHad覆盖度与阳离子可及性，最大化形成Cu-OHad-K⁺(H₂O)ₙ界面复合物，并建立了其覆盖度与C₂₊选择性之间的定量关联。结论表明，优化后的Cu-IWH催化剂在高电流密度下（-1.2 A cm⁻²）实现了87.5%的C₂₊法拉第效率和94.3%的单程碳效率，并在膜电极组件中稳定运行超800小时。该研究不仅提供了高效稳定的CO₂-to-C₂₊解决方案，还为受界面溶剂化调控的电化学系统提供了通用设计思路。