高效電催化二氧化碳還原反應(yīng)催化劑成功研制

3月30日，記者從中國科學(xué)院青島生物能源與過程研究所（以下簡稱“青島能源所”）獲悉，該所環(huán)境友好催化過程研究組成功開發(fā)出高效電催化二氧化碳還原反應(yīng)催化劑，該研究工作為提升過渡金屬催化劑的催化活性提供了一種新策略。相關(guān)研究成果已發(fā)表于《先進(jìn)能源材料》（Advanced Energy Materials）期刊上（Adv. Energy Mater., 2020, 10, 1903664）。劉立成研究員為該論文的唯一通訊作者，陳志鵬博士為論文的第一作者。

利用可再生電力驅(qū)動CO2電催化還原為甲醇、甲酸等高附加值化學(xué)燃料，在解決CO2過量排放的同時，還可以實現(xiàn)間歇性電能向化學(xué)能的直接轉(zhuǎn)化，對控制碳平衡、優(yōu)化能源消費結(jié)構(gòu)等意義重大。由于CO2分子中C=O雙鍵結(jié)合穩(wěn)定，電催化CO2還原反應(yīng)（CO2RR）所需要的能量較高。因此，開發(fā)高效的催化劑提升反應(yīng)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(jīng)被開發(fā)后用于CO2RR的研究，并且在提高產(chǎn)物選擇性、降低過電位等關(guān)鍵科學(xué)問題上取得了一定的進(jìn)展，但是CO2RR的反應(yīng)電流密度和催化產(chǎn)率仍然較低，無法進(jìn)一步滿足工業(yè)化應(yīng)用的需求。

針對上述科學(xué)難題，青島能源所環(huán)境友好催化過程研究組在開發(fā)高效電催化劑方面開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，該所環(huán)境友好催化過程研究組基于前期的研究工作，發(fā)現(xiàn)直接包覆氨基官能團化的碳層可以有效的調(diào)控非貴金屬催化劑SnS的電子結(jié)構(gòu)，從而加速了電極界面處的電子傳導(dǎo)效率、增強了催化劑對吸附態(tài)的CO2分子和反應(yīng)中間體OCHO*的吸附能力，實現(xiàn)了反應(yīng)電流密度和催化產(chǎn)率的顯著提升。

（a）SnS/Aminated-C復(fù)合催化劑的差分電荷分布圖；（b）CO2RR活性電流密度對比圖（陳志鵬 供圖）