摘要：2025年2月3日，加州大学伯克利分校杨培东院士、Virgil Andrei在Nature Catalysis上发表题为《Perovskite-driven solar C2 hydrocarbon synthesis from CO2》的研究论文，Virgi

光电化学（PEC）通过将光吸收与催化过程集成于电极中，为太阳能燃料合成提供了直接转化路径。

然而，由于催化过电位高和半导体光电压不足，PEC生产碳氢化合物仍然难以实现。

2025年2月3日，加州大学伯克利分校杨培东院士、Virgil Andrei在Nature Catalysis上发表题为《Perovskite-driven solar C2 hydrocarbon synthesis from CO2》的研究论文，Virgil Andrei、Inwhan Roh为论文共同第一作者，杨培东院士、Virgil Andrei为论文共同通讯作者。

杨培东，1993年杨培东获得中国科技大学学士学位；1997年获得哈佛大学博士学位；1999年进入美国加州大学伯克利分校任教，先后担任助理教授、副教授、终身教授 ；2012年当选美国艺术与科学院院士。2014年出任上海科技大学物质科学与技术学院院长。2016年5月当选美国国家科学院院士。2020年当选为美国科学促进会会士，2021年当选为中国科学院外籍院士。

杨培东主要研究内容为一维半导体纳米结构及其在纳米光学和能量转化中的应用，包括人工光合作用、纳米线电池、纳米线光子学、纳米线基太阳电池、纳米线热电学、碳纳米管纳米流体、低维纳米结构组装、新兴材料和纳米结构合成和操控。

Virgil Andrei，剑桥大学圣约翰学院研究员，作为Winton Cambridge-Kavli ENSI交流项目，他在加州大学伯克利分校杨培东教授的实验室开展了这项工作。

在本文中，研究人员通过界面工程将卤化铅钙钛矿光吸收材料与铜纳米花电催化剂耦合，成功合成了乙烷和乙烯。

所得钙钛矿光电阴极在0 V条件下，C2烃类产物的法拉第效率（FE）达到9.8%。

催化剂与钙钛矿的几何表面积显著影响C2产物的光电阴极选择性，表明局部电流密度在产物分布中的作用。

该电极通过将光电阴极与用于甘油氧化的硅纳米线光电阳极耦合成功克服了传统水氧化过程的热力学限制。

这些无辅助的钙钛矿-硅PEC器件实现了155 μA cm-2的C2碳氢化合物光电流密度，较传统用于水氧化和二氧化碳还原的钙钛矿-BiVO4人工叶片提升200倍。

该研究成果证实钙钛矿半导体可作为实现PEC多碳合成的多功能平台。

图1：钙钛矿-BiVO4人工树叶的设计与烃类的合成

图2：Cu纳米花催化剂对CO2还原的选择性

图3：PVK|CuNF光电阴极上依赖催化剂面积的C2烃选择性

图4：PVK|CuNF-BiVO4串联耦合用于生产C2烃和O2

图5：基于PVK|CuNF-Si的PEC装置用于C2烃合成与甘油氧化

该研究通过将钙钛矿光吸收剂与铜纳米花电催化剂结合，实现了乙烷和乙烯的光催化合成。通过将光电阴极与硅纳米线光电阳极（用于甘油氧化）耦合，实现了200倍于传统系统光电流密度提升。

该研究为从CO2可持续合成C2烃提供了新路径，同时为光催化系统的设计和优化提供了重要理论依据，有望推动太阳能驱动的化学合成技术发展，助力能源转型和碳中和目标。

Andrei, V., Roh, I., Lin, JA. et al. Perovskite-driven solar C2 hydrocarbon synthesis from CO2. Nat. Catal.(2025). https://doi.org/10.1038/s41929-025-01292-y.

来源：华算科技