来源：Chemical & Engineering News (C&EN) | 原文链接：点击查看原文 | 发布日期：2026年4月6日
将大气中泛滥的二氧化碳转化为有用的化工原料，一直是科学界追逐的终极目标之一。然而，现有的电催化技术在效率和选择性方面始终存在明显短板——反应中间体过于活跃，容易生成不需要的副产品（如氢气和碳酸盐），导致目标产物的产率偏低。如今，一项来自中国科学院的创新研究为这一难题带来了全新的解法：在铜催化剂表面构筑"分子围栏"，模拟酶的催化机制，将二氧化碳高效电催化转化为乙烯，选择性高达64%。
灵感来源：酶的精妙设计
这项研究的核心灵感来自生物体内酶催化反应的运作方式。在生命系统中，酶通过精确的活性位点将底物牢牢固定在特定空间，从而极大提高了反应效率和选择性。中国科学院福建物质结构研究所的材料科学家柴国良（Guoliang Chai）团队由此得到启发：能否在人工催化剂表面实现类似的"空间限制效应"？
研究团队设计了一种苯并-2,1,3-噻二唑（benzothiadiazole）有机分子，使其能在铜-锆复合催化剂表面发生有序自组装，形成一圈致密的"分子围栏"。这些有机小分子就像一道微型防护墙，将二氧化碳电催化还原过程中的关键中间体束缚在催化表面附近，为碳-碳（C-C）键的形成创造了更有利的局部微环境。
核心创新：解耦酸碱界面，兼顾效率与选择性
CO2电还原反应长期面临一个两难困境：在碱性电解液中，虽然C-C偶联效率较高，但CO2会与OH-离子反应生成碳酸盐，不仅浪费原料，还会堵塞催化剂的活性位点；而在酸性条件下，虽然避免了碳酸盐的生成，但质子竞争还原会大量产生氢气，严重降低对目标产物（乙烯）的选择性。
柴国良团队的"分子围栏"策略巧妙地化解了这一矛盾。通过在铜催化剂表面构建有机分子层，研究人员成功实现了体相溶液的酸性pH与催化界面的碱性微环境之间的"解耦"：体相溶液维持酸性，有效抑制碳酸盐的生成；而催化表面的局部碱性微环境则促进了C-C键的偶联，驱动乙烯的高效生成。这种精妙的pH分区设计，使得整个体系在保持工业级电流密度的同时，对乙烯的选择性达到了令人瞩目的64%，显著高于此前的报道水平。
值得关注的是，该体系不仅能高效生成乙烯（C2产物），还能进一步合成丙醇和丙烯等更长链的碳氢化合物（C3产物），展示了"分子围栏"在调控碳链延长方面的潜力。
专家评价：与最优体系旗鼓相当，产业化潜力突出
来自阿贡国家实验室（Argonne National Laboratory）的电化学家Reginaldo J. Gomes对这项研究给予了高度评价，认为该技术"与目前已报道的最优体系相比具有高度竞争力"，并特别赞赏了研究团队通过精细的界面设计实现高选择性的创新思路。
比利时微电子研究中心（Imec）的Ya-Mi Chuang则重点指出了该技术在产业化方面的独特优势："该体系兼容流动电解池（flow cell）结构，且能够在工业相关的高电流密度下稳定运行，这对于未来的规模化应用至关重要。"
应用展望：从碳利用到多场景催化
乙烯是全球最重要的化工基础原料之一，广泛用于生产塑料、合成纤维和溶剂，全球年产量超过2亿吨，主要依赖石油裂解工艺。如果能够用可再生能源驱动的CO2电催化技术替代部分传统生产路径，将极大降低化工行业的碳排放。柴国良团队正在积极推进该技术的应用拓展，一方面探索将"分子围栏"策略应用于氧还原、硝酸盐还原等其他重要电催化过程，另一方面积极寻求与工业界的合作，计划建设示范工厂，进一步验证技术的商业化可行性。
研究团队：中国科学院福建物质结构研究所，通讯作者：柴国良（Guoliang Chai）；报道记者：Fernando Gomollon Bel；发表于 Chemical & Engineering News，2026年4月6日。