高效催化剂可增强二氧化碳的电还原性能

最近,由中国科学院中国科学技术大学(USTC)的俞树宏教授和高敏瑞教授领导的研究小组开发了一种微波加热策略,用于合成可高效催化的过渡金属硫族化物纳米结构,将CO 2电还原为一氧化碳(CO)。

研究背景

  • 将二氧化碳(CO 2)电化学转化为燃料和增值原料,理想的情况是如果使用可再生电力,则可提供减少温室气体排放并同时关闭碳循环的途径。
  • 目前,合理设计和可控合成更高效的催化剂,结合对催化机理的认识,以实现CO 2电还原技术的工业应用已成为研究的重点和难点。
  • 在CO的转化相当大的挑战2成有用的燃料来自CO的活化2到CO 2 -或其它中间体,这通常需要贵重金属催化剂,高的超电势,和/或电解质添加剂(例如,离子液体)。

研究方法

  • 在这项研究中,研究人员报告了一种微波加热策略,用于合成过渡金属硫属元素化物纳米结构,该结构可有效催化CO 2电还原为CO。
  • 在约95.5的选择性下,他们实现了创纪录的212 mA cm -2的 CO 2到CO的转化电流。
  • 通过使用硫化镉(CdS)纳米针阵列作为电催化剂,在流通池配置中相对于可逆氢电极(RHE)的-%和-1.2 V的电势。
  • 除了利用纳米多针头的“近邻效应”来实现目标离子的富集外,高敏瑞教授的研究小组和于树红院士团队还提出了利用纳米腔的“受限区域效应”来实现目标离子的富集,丰富了反应中间体,实现了从CO 2到多碳燃料的高效转化。

研究结果

  • 实验和计算研究表明,具有显着邻近效应的高曲率CdS纳米结构催化剂可产生较大的电场增强作用,可以浓缩碱金属阳离子,从而提高CO 2的电还原效率。
  • 他们通过实验表明,按设计的多腔Cu 2 O可以生产出法拉第效率超过75%的C 2 +化合物,C 2 +的分电流密度为267±13 mA cm -2。
  • 此处证明的由催化剂实现的这种显着的C 2 +产生表明,一种材料构造方法可以提高CO 2 RR活性和对由可再生能源驱动的增值碳基燃料的选择性。
  • 研究表明,CO 2电还原反应中催化剂纳米结构的设计对催化性能有重要影响。
  • 纳米级的“富集效应”可以有效地增强关键中间体的吸附,从而促进反应的高效进行。这种新的设计理念为相关的电催化剂的设计以及未来高附加值碳基燃料的合成提供了新思路。

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