新型催化劑可高效電催化二氧化碳還原反應(yīng)

　　科技日報合肥7月12日電 (記者吳長鋒)記者12日從中國科學(xué)院合肥物質(zhì)科學(xué)研究院了解到，該院強磁場中心王輝課題組，制備出超小銅納米晶嵌入的氮摻雜碳納米片催化劑，該催化劑可用來實現(xiàn)高效電催化二氧化碳還原反應(yīng)。相關(guān)結(jié)果日前發(fā)表在國際期刊《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，大氣中二氧化碳濃度逐漸增加，使得生態(tài)環(huán)境遭受到嚴(yán)重破壞，能源短缺問題日益凸顯。因此，目前亟須產(chǎn)生出新的清潔能源，以擺脫對傳統(tǒng)化石能源的過度依賴，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)控活性位點對產(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)，可大大提高對乙醇的選擇性。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電催化二氧化碳還原反應(yīng)時，對液態(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，可用來實現(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在電催化二氧化碳還原反應(yīng)過程中的失活。其在氣相擴散電極裝置中進行電催化二氧化碳還原反應(yīng)，通過調(diào)節(jié)電位實現(xiàn)了對乙醇和甲酸的高效選擇，并展現(xiàn)出良好的催化穩(wěn)定性。