由可再生電力驅動的電化學二氧化碳減排（CO2RR）是生產高附加值燃料的有效途徑。 在各種產品中，多碳產品（C2+）因其高能量密度而受到青睞。 然而，反應過程中劇烈的析氫會顯著降低*Co中間體的覆蓋率，從而降低C-C偶聯的機會。 操縱電極-電解質介面微環境是抑制HER活性、提高C2+選擇性的有效途徑。 大量研究表明，微環境的調節，特別是疏水性，可以幫助實現這一目標。 然而，含水層的改變總是會引發綜合效應：水資源的減少不僅抑制了HER的活性，而且影響了CO2RR中質子-電耦合步驟的過程。 因此，有必要在分子水平上深入了解和精確調控疏水性微環境。
最近肖春輝，習交通大學課題組通過電化學原位振動光譜結合分子動力學模擬，以厚度可控的聚二甲基矽氧烷改性銅催化劑（PDMS）為模型催化劑，研究了帶電電極和憎電極表面介面處水結構的動態變化，進一步完善了抑制電極活性的機理，提高了多碳產物的選擇性。 結果表明：疏水電極表面附近的介面水分子之間存在較強的氫鍵相互作用，且氫鍵相互作用的強度隨偏壓的增加而增加。 強分子間氫鍵使水分子的重新取向變得困難，導致金屬和氫之間的距離更長，抑制了水分子的解離，並降低了*h的覆蓋率。
適度的*H覆蓋不僅可以抑制析氫反應，而且可以通過中間體的加氫反應促進C-C二聚化反應。 因此，改性Cu（111）@pdms催化劑對H2的選擇性受到顯著抑制，從218% 降至 104%；在 -0C2H4、CH3CH2OH和CH3COOH在98 VRHE下的法拉第效率（Fe）分別為98 VRHE。 2% 和 128%，在-1中C2+部分在08 VRHE處的電流密度高達-135 mA cm-2，優於未改性的Cu（111）催化劑。 此外，連續電解8 h後，C2+的Fe含量保持在60%以上，證明Cu（111）@pdms催化劑具有良好的穩定性。 綜上所述，本研究證明了介面水的氫鍵結構在CO2RR反應中起著重要作用，為反應選擇性的精確控制提供了理論依據。
strong hydrogen-bonded interfacial water inhibiting hydrogen evolution kinetics to promote electrochemical co2 reduction to c2+. acs catalysis, 2024. doi: 10.1021/acscatal.3c05880