新型催化劑可高效電催化二氧化碳還原反應

科技日報合肥7月12日電 （記者吳長鋒）記者12日從中國科學院合肥物質科學研究院瞭解到，該院強磁場中心王輝課題組，製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高效電催化二氧化碳還原反應。相關結果日前發表在國際期刊《ACS應用材料與接口》上。

隨着工業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，使得生態環境遭受到嚴重破壞，能源短缺問題日益凸顯。因此，目前亟須產生出新的清潔能源，以擺脱對傳統化石能源的過度依賴，減少二氧化碳的排放。在眾多二氧化碳轉化技術中，電催化二氧化碳還原反應是一種具有潛力的轉化技術，其能夠在催化劑的作用下充分利用電能將二氧化碳轉化為所期望的新能源產物，降低空氣中二氧化碳的含量，應用前景廣闊。

銅基納米催化劑是目前發現的可以在電催化二氧化碳還原反應中，大量產生液態醇和深度還原二氧化碳為二碳基產物最具潛力的催化劑。相關研究表明，銅納米晶體和摻雜物可以調控活性位點對產物的選擇性，提高電催化二氧化碳還原反應的轉化效率。例如在銅納米顆粒上包裹碳和氮之後，得益於碳/氮摻雜層所提供的良好電子供應能力和限制效應，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中只對單一產物呈現出高選擇性，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時，對液態產物的選擇性不太理想。

科研人員製備的超小銅納米晶嵌入的氮摻雜碳納米片催化劑，可用來實現高效電催化二氧化碳還原反應。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，通過調節電位實現了對乙醇和甲酸的高效選擇，並展現出良好的催化穩定性。