新型催化剂可实现高效电催化二氧化碳还原反应

据报道， 中国科学院合肥物质科学研究院强磁场中心王辉课题组， 制备出超小铜纳米晶嵌入的氮掺杂碳纳米片催化剂， 该催化剂可用来实现高效电催化二氧化碳还原反应。 相关结果新近发表在国际期刊《ACS 应用材料与接口》 上。

随着工业化水平的提高和能源消耗的增多， 大气中的二氧化碳浓度逐渐地增加， 使得生态环境遭受到严重的破坏， 能源短缺问题日益凸显。 因此，目前亟须产生出新的清洁能源， 以摆脱对传统化石能源的过度依赖， 减少二氧化碳的排放。 在众多二氧化碳转化技术中， 电催化二氧化碳还原反应是一种具有潜力的转化技术， 其能够在催化剂的作用下充分利用电能将二氧化碳转化为所期望的新能源产物， 降低空气中二氧化碳的含量， 应用前景广阔。

铜基纳米催化剂是目前发现的可以在电催化二氧化碳还原反应中， 大量产生液态醇和深度还原二氧化碳为二碳基产物最具潜力的催化剂。 相关研究表明， 铜纳米晶体和掺杂物可以调控活性位点对产物的选择性， 提高电催化二氧化碳还原反应的转化效率。 例如： 在铜纳米颗粒上包裹碳和氮之后， 得益于碳/氮掺杂层所提供的良好电子供应能力和限制效应， 可大大地提高对乙醇的选择性。 然而， 这些铜基催化剂在电催化二氧化碳还原反应中只对单一产物呈现出高选择性， 很难在不同的电位上高选择性地获得其他理想液体产物。 此外， 目前铜基催化剂在低电位下进行电催化二氧化碳还原反应时，对液态产物的选择性不太理想。

科研人员制备的超小铜纳米晶嵌入的氮掺杂碳纳米片催化剂， 可用来实现高效电催化二氧化碳还原反应。 其中超小的铜纳米晶体镶嵌在氮掺杂的碳薄片中， 有效地阻止了活性位点在电催化二氧化碳还原反应过程中的失活。 其在气相扩散电极装置中进行电催化二氧化碳还原反应， 通过调节电位实现了对乙醇和甲酸的高效选择， 并展现出良好的催化稳定性。