科學(xué)島團隊在高效電催化還原二氧化碳研究中取得新進展

2022-07-12 09:06:41來源：合肥物質(zhì)科學(xué)研究院閱讀量：129 評論

　　近日，中科院合肥研究院強磁場中心王輝課題組制備了超小銅納米晶嵌入的氮摻雜碳納米片催化劑(Cu/NC-NSs)，用來實現(xiàn)高效電催化CO2RR。相關(guān)結(jié)果發(fā)表在國際期刊ACS Applied Materials & Interfaces上。

　　隨著工業(yè)化水平的提高和能源消耗的增多，大氣中二氧化碳(CO2)濃度逐漸增加，使得生態(tài)環(huán)境遭受到嚴重破壞、能源短缺問題日益凸顯。因此目前亟需催生新的科學(xué)技術(shù)來產(chǎn)生清潔能源，以擺脫對傳統(tǒng)化石能源的過度依賴，減少CO2的排放。在眾多CO2轉(zhuǎn)化技術(shù)中，電催化二氧化碳還原反應(yīng)(CO2RR)是一種非常具有潛力的轉(zhuǎn)化技術(shù)，其能夠在催化劑的作用下充分利用電能將CO2轉(zhuǎn)化為所期望的新能源產(chǎn)物，降低空氣中CO2的含量，應(yīng)用前景廣闊。

　　銅基納米催化劑是目前發(fā)現(xiàn)的可以在電催化CO2RR中大量產(chǎn)生液態(tài)醇和深度還原CO2為C2+產(chǎn)物最具潛力的催化劑。相關(guān)研究表明，銅納米晶體和摻雜物可以調(diào)控活性位點對產(chǎn)物的選擇性，提高電催化CO2RR的轉(zhuǎn)化效率。例如在銅納米顆粒上包裹碳(C)和氮(N)之后，得益于C/N摻雜層所提供的良好電子供應(yīng)能力和限制效應(yīng)，可大大提高對C2H5OH的選擇性。然而，這些銅基催化劑在CO2RR中只對單一產(chǎn)物呈現(xiàn)出高選擇性，很難在不同電位高選擇性地獲得其他理想液體產(chǎn)物。此外，目前銅基催化劑在低電位下進行CO2RR時，對液態(tài)產(chǎn)物的選擇性不太理想。

　　王輝課題組制備的超小銅納米晶嵌入的氮摻雜碳納米片催化劑(Cu/NC-NSs)，可用來實現(xiàn)高效電催化CO2RR。其中超小的銅納米晶體鑲嵌在氮摻雜的碳薄片中，有效地阻止了活性位點在CO2RR過程中的失活。其在氣相擴散電極裝置中進行電催化CO2RR，通過調(diào)節(jié)電位Cu/NC-NSs實現(xiàn)了對C2H5OH和HCOOH的高效選擇，并展現(xiàn)出良好的催化穩(wěn)定性。本工作為今后制備高效的銅基催化劑提供了新的思路和視角。

　　研究工作獲得國家重點研發(fā)計劃、國家自然科學(xué)基金、中科院合肥大科學(xué)中心協(xié)同創(chuàng)新培育計劃、合肥市自然科學(xué)基金、合肥研究院院長基金拔尖培育計劃、強磁場安徽省實驗室方向基金等項目的資助。論文鏈接：https://pubs.acs.org/doi/full/10.1021/acsami.2c00050

Cu/NC-NSs催化劑合成及應(yīng)用示意圖

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