目前，電催化CO2還原被認為是最具有應用前景的CO2轉化技術之一。驅動反應所需的電能可直接從太陽能、風能等可再生能源中轉化，綠色環保，可實現真正意義上的碳循環。
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Cu基催化劑是將CO2轉化為C2和C3等多碳化合物的主要催化劑。如乙烯，乙醇和正丙醇等，這些產物的形成有熱力學和動力學需求，反應過程涉及多個質子和電子轉移。在水溶液反應體系中易于促進質子還原為H2，并且由于CO2的溶解度低（室溫下為33 mM），水相對CO2也大量過量; 導致Cu電極通常損失其法拉第效率（FE）的30％用于H2生成。從而降低CO2還原的法拉第效率。因此需開發出選擇性高的Cu基電催化劑用于CO2還原制備多碳化合物。
近日，受到一種潛水鐘蜘蛛的啟發，瑞士聯邦理工學院的Victor Mougel?教授法蘭西公學院的Marc Fontecave教授團隊制備出疏水表面的Cu基電極，并用于電催化CO2還原。這種水蛛是唯一一種畢生都在水下生活的蜘蛛，它利用腿上和腹部細毛的獨特生理結構固定氣泡為自己建造潛水鐘在水下呼吸。因此研究人員也在催化劑表面構建這樣可捕獲氣體的疏水表面。采用十八烷硫醇修飾樹突狀Cu電極，將CO2氣體分子捕獲在電解質與電極界面之間，形成三相界面。
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該研究成果以“Bio-inspired hydrophobicity promotes CO2 reduction on a Cu surface”為題發表在Nature Materials國際期刊上。
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圖4 疏水界面促進CO2還原反應示意圖
Bio-inspired hydrophobicity promotes CO2 reduction on a Cu surface (Nature Materials，2019，DOI: 10.1038/s41563-019-0445-x)
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