2025年，剑桥大学与加州大学伯克利分校的研究人员携手取得了一项重要突破，他们开发出一种新型的光电化学（PEC）系统，该系统能够高效地将二氧化碳（CO2）转化为C2烃类，这一过程主要依赖太阳能。这一创新技术有望为可持续能源生产开辟新途径。

该PEC系统采用了独特的结构设计，结合了光吸收性能优异的钙钛矿“叶片”和铜“纳米花”催化剂。通过这一组合，系统能够将CO2转化为能源生产中所需的有用分子。传统的乙烯等有机化学品生产主要依赖化石燃料原料，如天然气和石脑油。而新型PEC技术则提供了一种可持续的替代方案，它利用阳光直接驱动CO2还原，从而避免了能耗巨大的氢气生产过程。

为了实现高效转化，研究团队面临了诸多挑战，包括提高法拉第效率和光电压以满足烃类形成的需求，同时克服CO2还原过程中伴随的高过电位问题。为此，团队采用了铅卤钙钛矿光吸收体与铜纳米花（CuNF）电催化剂的组合，以增强对乙烷和乙烯的选择性。实验结果显示，所制备的钙钛矿光阴极在0V（相对于可逆氢电极RHE）下实现了9.8%的C2烃类法拉第产率。此外，研究还发现烃类的选择性强烈依赖于催化剂的几何表面积，表明局部电流密度决定了产物的分布。

为了进一步提升转化效率，研究团队对PEC装置的结构进行了优化。他们用甘油氧化反应（GOR）替代了氧气析出反应（OER），从而降低了光电压需求1V，并实现了更高效的CO2转化。通过将钙钛矿光阴极与硅纳米线光阳极集成，PEC装置实现了部分C2烃类光电流密度为155 µA cm⁻²，相比传统的钙钛矿–BiVO4人工叶片系统提高了200倍。同时，通过电化学还原CuO“纳米花”，团队成功合成了CuNF催化剂，其层次分明的多孔结构提高了局部pH值，并抑制了竞争性的氢气析出反应。

剑桥与伯克利团队研发新型光电化学系统，高效转化CO2为C2烃类