在現代科學技術的推動下，不斷加速的工業革命嚴重依賴不可再生的化石燃料，導致大量溫室氣體排放。在過去二十年中，大氣中二氧化碳（CO₂）的濃度顯著增加，達到近420 ppm，年增長率為0.5%，并且這種上升軌跡仍在繼續。與此同時，全球平均氣溫也出現了明顯的波動，其中2001年至2023年期間氣溫上升了0.5 ^oC。因此，開發有效去除大氣中CO₂的技術迫在眉睫。電化學CO₂還原反應（eCO₂RR）作為一項新興技術，由于可在溫和條件下運行、生產可選擇產品以及與可再生能源集成等優勢，引起了廣泛的研究興趣。更令人高興的是，隨著光伏和風力發電快速發展，電力成本不斷下降，使電化學驅動的CO₂減排在經濟上變得可行。

在過去十年中，eCO₂RR在選擇性生產一碳（C₁）產品方面取得了重大突破，在生產價值更高的多碳（C₂₊）產品方面也取得了一些進展，如乙烯、乙醇、乙酸和正丙醇。由于復雜的質子耦合電子轉移（PCET）機理和有限的高效電催化劑，實現C₂₊產物的高選擇性遠比C₁產物更具挑戰性。在C₂₊產物中，乙烯是一種重要的工業原料，也是目前eCO₂RR中唯一能實現相對高選擇性的產品。

圖1：催化劑設計、CO₂捕獲與分離、乙烯工業應用的示意圖

盡管乙烯在相對較低的電流密度下可以實現高法拉第效率（FE），但在工業電流密度下大幅提高乙烯的選擇性和穩定性仍然是艱巨的挑戰。為了促進eCO₂RR在乙烯生產中的工業應用，必須通過了解最近的進展、存在的挑戰和未來的方向來確定關鍵戰略和潛在的解決方案。本文從催化劑的形貌、結晶、氧化態、缺陷、成分、表面工程等角度出發，總結和討論了eCO₂RR制乙烯的最新創新設計策略。隨后，概述了相關重要的先進技術，如CO₂捕獲、產物分離和下游反應等，這些技術對于推動eCO₂RR轉化為乙烯的實際應用至關重要。最后，提出了一個集二氧化碳捕獲、轉化、儲存和利用于一體的溫室模型，為eCO₂RR制乙烯提出了一個理想的前景方向。

該綜述以“Electrocatalytic CO₂ Reduction to Ethylene: From Advanced Catalyst Design to Industrial Applications”為題發表在國際頂級期刊?Advanced Materials?期刊上。溫州大學為第一通訊單位，我校化材學院2021級碩士生陸天睿、溫州大學博士后徐婷為共同第一作者，我校化材學院呂晶晶教授、王正軍博士、王舜教授為共同通訊作者。

【原文鏈接】：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adma.202310433