一種對于二氧化碳 (CO2) 還原反應(yīng)具有高選擇性和活性的電催化劑
開發(fā)出了一種基于鈷酞菁(CoPc)分子的高性能CO 2 還原電催化劑材料。在納米尺度上,CoPc分子通過強(qiáng)π-π相互作用均勻的附著在碳納米管(CNT)外壁上,形成CoPc/CNT復(fù)合物。與CoPc分子相比,該復(fù)合物電催化劑顯著提高了CO 2 還原為一氧化碳(CO,一種在大規(guī)模化工產(chǎn)品制造中廣泛應(yīng)用的重要工業(yè)氣體)反應(yīng)的電流密度并有效改善了催化劑的選擇性以及穩(wěn)定性。在0.1 M 碳酸氫鉀 (KHCO 3 ) 電解質(zhì)中進(jìn)行電催化CO 2 還原時(shí),CoPc/CNT復(fù)合催化劑能夠在0.52 V的過電勢下穩(wěn)定地維持10mA cm -2 左右電流密度10小時(shí)以上,并且CO的法拉第效率始終保持在90%以上。在分子水平上,通過在CoPc分子上引入氰基(CN),得到的CoPc-CN/CNT復(fù)合物電催化劑在0.1M KHCO 3 水相電解質(zhì)中催化CO 2 還原為CO的法拉第效率在研究的電勢區(qū)間內(nèi)都達(dá)到95%以上。該CoPc-CN/CNT電催化劑能夠在0.52V過電勢下進(jìn)一步提高CO 2 還原的電流密度至15mAcm -2 ,轉(zhuǎn)化頻率(Turnover Frequency, TOF)為4.1s -1 。該復(fù)合催化劑在電催化CO 2 還原中能夠?qū)崿F(xiàn)較高的電極電流密度(可媲美當(dāng)前最好的非均相電催化劑),同時(shí)維持單個(gè)催化位點(diǎn)的高活性(可媲美當(dāng)前最好的分子體系電催化劑)。該項(xiàng)研究表明這種分子/納米碳復(fù)合材料是一類非常誘人的能夠轉(zhuǎn)換過剩排放CO 2 為可再生燃料的電催化劑材料。
南方科技大學(xué)
2021-04-13