劳伦斯伯克利国家实验室开发从CO2中选择性地生成C2化合物的层状催化剂

虽然铜催化的电化学还原反应为从CO2制造有价值的化学品(例如乙醇或乙烯)提供了途径，然而，选择性地生成足够收率的C2产物需要精确操控表面附近的微环境，从而更好地控制反应活性和产物选择性。劳伦斯伯克利国家实验室(LBL，Berkeley)的最新研究取得进展，其结果显示一种催化剂体系在C2产品的活性和选择性方面远远超过了单一的铜催化剂体系。LBL的方法依赖于将两种离子导电聚合物分层[一种是全氟磺酸、阳离子导电离子交联聚合物(Nafion)；另一种是基于聚苯乙烯的阴离子导电离子交联聚合物(Sustainion)]固定在铜表面上进行催化电化学还原反应。

LBL高级科学家和加州大学伯克利分校化学工程教授Alexis Bell解释说：“Sustainion层提高了催化剂表面CO2相对于H2O的浓度，因为这种聚合物的CO2亲和力和疏水性使发生碳-碳耦合的可能性更大，与此同时，Nafion层通过捕获羟基离子提高了铜表面附近的pH，从而抑制H2和C1产物的形成。”

通过施加5 s脉冲改变阴极电压来进一步增强双层聚合物薄膜的表面效应，C2产物的法拉第效率超过90%，而生成氢气的法拉第效率仅为4%。

未来，Alexis Bell和他的团队计划研究用双层离子交联聚合物涂覆铜纳米颗粒的方法。分层离子交联聚合物的概念也可以应用于其他催化剂体系。