7月12日獲悉，中國科學(xué)院合肥物質(zhì)科學(xué)研究院強(qiáng)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(jìn)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(kuò)散電極裝置中進(jìn)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。
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