太阳能驱动的光电化学(PEC)CO₂还原反应(CO₂RR)是一种有效解决全球变暖的方法，其可以催化CO₂转化为增值化学品。考虑到乙醇和乙酸等C₂液体有机物的高值和能量密度，复旦大学郑耿峰课题组合理设计和制备了一种具有p-Si/n-ZnO_v/p-Cu_xO异质结构催化剂，其能够进行高选择性PEC-CO₂RR转化为乙醇。

在内置电场下的p-n-p能带对齐，导致在n型ZnO_v的导带中限制和积累多个电子；同时，浅层ZnO_v缺陷能级(E_ZnOv)允许电子从电子阱中逃逸并到达Cu_xO(E_CuxO，0.05V vs RHE)。更重要的是，Cu_xO上的隧穿缺陷能级与CO₂-乙醇还原的能级非常接近，这导致CO₂能够高效和高选择性还原为乙醇。

结果表明，p-Si/n-ZnO_v/p-Cu_xO在施加低偏压下对乙醇表现出良好的PEC-CO₂RR选择性，在0 V_RHE时的法拉第效率(FE)约为60%。相比之下，p-Si/p-Cu_xO和p-Si/n-ZnO_v等对照样品需要更高的过电位来克服更大的能垒，因此对甲烷和甲酸盐分别表现出高的CO₂RR选择性。

该项研究证明了通过能带工程调节电子来增强选择性CO₂光电化学还原的可能性，这为通过调整能带以设计和制备出高效PEC-CO₂RR催化剂提供了指导。

Defect-Assisted Electron Tunneling for Photoelectrochemical CO₂ Reduction to Ethanol at Low Overpotentials. Advanced Energy Materials, 2022. DOI:10.1002/aenm.202201134