廉价且易得的铜基催化剂被认为是电化学 CO ₂还原反应 (CO _{2 RR) 生产多碳产品的理想选择。氧化铜的存在对于在 CO 2} RR中生成高附加值产品至关重要。

然而，负电位下氧化铜不可避免的析氢副反应和易发生的自还原反应降低了CO _{2 RR的}催化活性和选择性，目前设计一种既能抵抗电化学自还原反应，又能保持较高的CO ₂ RR活性的稳定相是一项艰巨的任务。

近日，深圳大学何传新教授课题组利用多孔碳纳米纤维基底对金属纳米粒子的限制效应和载体效应，显著提高了催化反应界面上活性位点Cu/Cu _{x O异质结的暴露。}

该催化剂在400 mA cm ^‒2电流密度下能够保持铜氧化物的结构稳定性,并实现了优异的CO ₂ RR 制乙醇性能,法拉第效率高达70.7%,质量活性达到8.4 A mg ^‒1。

本研究首先通过静电纺丝技术在碳纳米纤维中制备高度分散的铜纳米粒子，然后引入O2等离子体处理，同时在整个碳纳米纤维中创建Cu/CuxO异质结构并打开介孔。

具体而言，与未处理的碳纳米纤维相比，整个碳纳米纤维中开放的中孔可以将 Cu/Cu _x O 位点充分暴露于三相界面，从而以较低的金属负载量实现高而稳定的催化活性。

结合红外、拉曼光谱等物理表征和原位光谱表征，在 CO 2 RR 过程中观察到 Cu x O 的动态稳定态_以及*CO 和 C–C 键的关键信号_。此外，DFT 计算表明 Cu _x O 的存在促使*CO 中间体溢出到 Cu/Cu _{x O 界面，从而降低 CO 2} RR 过程中C–C 耦合能垒，形成 C ₂ H ₅ OH 。

碳基底可以增强电子传输，并作为电子给体在负电位下中和Cu _x O的还原，有利于Cu/Cu _x O异质结构的稳定，并在高电流密度下保持213小时的稳定性。该成果发表在《中国催化学报》上。