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中科院青島能源所開發出高效電催化二氧化碳還原反應催化劑

發布時間:2020-03-30  來源:科技日報

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科技日报记者?王健高 通讯员?刘佳

3月30日,记者从中国科学院青岛生物能源与过程研究所(以下简称“青岛能源所”)获悉,该所环境友好催化过程研究组成功开发出高效电催化二氧化碳还原反应催化剂,该研究工作为提升过渡金属催化剂的催化活性提供了一种新策略。相关研究成果已发表于《先进能源材料》(Advanced Energy Materials)期刊上(Adv. Energy Mater., 2020, 10, 1903664)。刘立成研究员为该论文的唯一通讯作者,陈志鹏博士为论文的第一作者。

利用可再生電力驅動CO2電催化還原爲甲醇、甲酸等高附加值化學燃料,在解決CO2過量排放的同時,還可以實現間歇性電能向化學能的直接轉化,對控制碳平衡、優化能源消費結構等意義重大。由于CO2分子中C=O雙鍵結合穩定,電催化CO2還原反應(CO2RR)所需要的能量較高。因此,開發高效的催化劑提升反應催化效率是CO2RR研究的重點和難點。陳志鵬表示,近十年來各類催化劑已經被開發後用于CO2RR的研究,並且在提高産物選擇性、降低過電位等關鍵科學問題上取得了一定的進展,但是CO2RR的反應電流密度和催化産率仍然較低,無法進一步滿足工業化應用的需求。

针对上述科学难题,青岛能源所环境友好催化过程研究组在开发高效电催化剂方面开展了大量的研究工作(Angew. Chem. Int. Ed., 2018, 57, 12790;Small, 2019, 15, 1903668;J. Mater. Chem. A, 2018, 6, 11236;ChemSusChem, 2018, 11, 2944;J. Mater. Chem. A, 2017, 5, 24651;Nanoscale, 2019, 11, 18715等)。近日,该所环境友好催化过程研究组基于前期的研究工作,发现直接包覆氨基官能团化的碳层可以有效的调控非贵金属催化剂SnS的电子结构,从而加速了电极界面处的电子传导效率、增强了催化剂对吸附态的CO2分子和反应中间体OCHO*的吸附能力,实现了反应电流密度和催化产率的显著提升。

  

  (a)SnS/Aminated-C複合催化劑的差分電荷分布圖;(b)CO2RR活性電流密度對比圖(陈志鹏 供图)

 

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