新型催化劑可實(shí)現(xiàn)高效電催化二氧化碳還原反應(yīng)

據(jù)報(bào)道， 中國(guó)科學(xué)院合肥物質(zhì)科學(xué)研究院強(qiáng)磁場(chǎng)中心王輝課題組， 制備出超小銅納米晶嵌入的氮摻雜碳納米片催化劑， 該催化劑可用來(lái)實(shí)現(xiàn)高效電催化二氧化碳還原反應(yīng)。 相關(guān)結(jié)果新近發(fā)表在國(guó)際期刊《ACS 應(yīng)用材料與接口》 上。

隨著工業(yè)化水平的提高和能源消耗的增多， 大氣中的二氧化碳濃度逐漸地增加， 使得生態(tài)環(huán)境遭受到嚴(yán)重的破壞， 能源短缺問(wèn)題日益凸顯。 因此，目前亟須產(chǎn)生出新的清潔能源， 以擺脫對(duì)傳統(tǒng)化石能源的過(guò)度依賴， 減少二氧化碳的排放。 在眾多二氧化碳轉(zhuǎn)化技術(shù)中， 電催化二氧化碳還原反應(yīng)是一種具有潛力的轉(zhuǎn)化技術(shù)， 其能夠在催化劑的作用下充分利用電能將二氧化碳轉(zhuǎn)化為所期望的新能源產(chǎn)物， 降低空氣中二氧化碳的含量， 應(yīng)用前景廣闊。

銅基納米催化劑是目前發(fā)現(xiàn)的可以在電催化二氧化碳還原反應(yīng)中， 大量產(chǎn)生液態(tài)醇和深度還原二氧化碳為二碳基產(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(diǎn)對(duì)產(chǎn)物的選擇性， 提高電催化二氧化碳還原反應(yīng)的轉(zhuǎn)化效率。 例如： 在銅納米顆粒上包裹碳和氮之后， 得益于碳/氮摻雜層所提供的良好電子供應(yīng)能力和限制效應(yīng)， 可大大地提高對(duì)乙醇的選擇性。 然而， 這些銅基催化劑在電催化二氧化碳還原反應(yīng)中只對(duì)單一產(chǎn)物呈現(xiàn)出高選擇性， 很難在不同的電位上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(jìn)行電催化二氧化碳還原反應(yīng)時(shí)，對(duì)液態(tài)產(chǎn)物的選擇性不太理想。

科研人員制備的超小銅納米晶嵌入的氮摻雜碳納米片催化劑， 可用來(lái)實(shí)現(xiàn)高效電催化二氧化碳還原反應(yīng)。 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(diǎn)在電催化二氧化碳還原反應(yīng)過(guò)程中的失活。 其在氣相擴(kuò)散電極裝置中進(jìn)行電催化二氧化碳還原反應(yīng)， 通過(guò)調(diào)節(jié)電位實(shí)現(xiàn)了對(duì)乙醇和甲酸的高效選擇， 并展現(xiàn)出良好的催化穩(wěn)定性。