【儀表網(wǎng) 儀表研發(fā)】近日，中科院合肥研究院強(qiáng)磁場(chǎng)中心王輝課題組制備了超小銅納米晶嵌入的氮摻雜碳納米片催化劑(Cu/NC-NSs)，用來(lái)實(shí)現(xiàn)高效電催化CO2RR。相關(guān)結(jié)果發(fā)表在國(guó)際期刊ACS Applied Materials & Interfaces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(CO2)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(wèn)題日益凸顯。因此目前亟需催生新的科學(xué)技術(shù)來(lái)產(chǎn)生清潔能源，以擺脫對(duì)傳統(tǒng)化石能源的過(guò)度依賴，減少CO2的排放。在眾多CO2轉(zhuǎn)化技術(shù)中，電催化二氧化碳還原反應(yīng)(CO2RR)是一種非常具有潛力的轉(zhuǎn)化技術(shù)，其能夠在催化劑的作用下充分利用電能將CO2轉(zhuǎn)化為所期望的新能源產(chǎn)物，降低空氣中CO2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CO2RR中大量產(chǎn)生液態(tài)醇和深度還原CO2為C2+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(diǎn)對(duì)產(chǎn)物的選擇性，提高電催化CO2RR的轉(zhuǎn)化效率。例如在銅納米顆粒上包裹碳(C)和氮(N)之后，得益于C/N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(duì)C2H5OH的選擇性。然而，這些銅基催化劑在CO2RR中只對(duì)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CO2RR時(shí)，對(duì)液態(tài)產(chǎn)物的選擇性不太理想。
王輝課題組制備的超小銅納米晶嵌入的氮摻雜碳納米片催化劑(Cu/NC-NSs)，可用來(lái)實(shí)現(xiàn)高效電催化CO2RR。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(diǎn)在CO2RR過(guò)程中的失活。其在氣相擴(kuò)散電極裝置中進(jìn)行電催化CO2RR，通過(guò)調(diào)節(jié)電位Cu/NC-NSs實(shí)現(xiàn)了對(duì)C2H5OH和HCOOH的高效選擇，并展現(xiàn)出良好的催化穩(wěn)定性。本工作為今后制備高效的銅基催化劑提供了新的思路和視角。
研究工作獲得國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃、國(guó)家自然科學(xué)基金、中科院合肥大科學(xué)中心協(xié)同創(chuàng)新培育計(jì)劃、合肥市自然科學(xué)基金、合肥研究院院長(zhǎng)基金拔尖培育計(jì)劃、強(qiáng)磁場(chǎng)安徽省實(shí)驗(yàn)室方向基金等項(xiàng)目的資助。論文鏈接：https://pubs.acs.org/doi/full/10.1021/acsami.2c00050
Cu/NC-NSs催化劑合成及應(yīng)用示意圖
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