中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)研制出二氧化碳電還原高效催化劑
近日,中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)高敏銳教授課題組和俞書宏院士團隊,設(shè)計了系列具有“富集”效應(yīng)的納米催化劑,結(jié)合流動電解池的合理設(shè)計,成功實現(xiàn)了二氧化碳到目標(biāo)產(chǎn)物的高選擇性轉(zhuǎn)化。相關(guān)工作在線發(fā)表于近期的《德國應(yīng)用化學(xué)》和《美國化學(xué)會志》。二氧化碳轉(zhuǎn)化技術(shù)不僅能夠降低大氣中的二氧化碳濃度,同時還可以得到諸多高附加值的碳基燃料。在現(xiàn)有的各種二氧化碳轉(zhuǎn)化技術(shù)中,電催化二氧化碳還原技術(shù)具有可在常溫常壓下進行、能夠?qū)崿F(xiàn)人為閉合碳循環(huán)等優(yōu)點,成為一種具有應(yīng)用前景的方法。當(dāng)前,通過更高效催化劑的理性設(shè)計與可控合成,實現(xiàn)二氧化碳電還原技術(shù)走向工業(yè)化應(yīng)用成為研究重點與難點。研究人員使用簡單的微波熱合成,通過反應(yīng)參數(shù)調(diào)節(jié),成功制備了3種具有不同尖端曲率半徑的硫化鎘納米結(jié)構(gòu)。模擬表明這種半導(dǎo)體材料尖端曲率半徑減小會引起尖端附近的電場強度增大,從而增強鉀離子在電極附近的富集。流動電解池測試表明,這種催化劑性能大大優(yōu)于其他過渡金屬硫?qū)倩镫姶呋瘎3死眉{米多針尖的“近鄰效應(yīng)”實現(xiàn)對目標(biāo)離子的富集外,研究團隊進一步提出利用納米空腔的“限域效應(yīng)”來富集反應(yīng)中間體,實現(xiàn)二氧化碳到多碳燃料的高效率轉(zhuǎn)化。以上研究表明二氧化碳電還原反應(yīng)中催化劑納米結(jié)構(gòu)設(shè)計對催化性能的重要影響,納米尺度“富集效應(yīng)”可有效增強關(guān)鍵中間體的吸附,從而推動反應(yīng)高效率運行。這種新的設(shè)計理念為今后相關(guān)電催化劑的設(shè)計和高附加值碳基燃料的合成提供了新思路。相關(guān)論文信息:https://doi.org/10.1002/ange.201912348https://doi.org/10.1021/jacs.0c01699
中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)
2021-04-11