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二氧化碳還原領域又一曙光 新突破顯著提升催化劑電化學穩定性
2022年12月26日 12:00:22
來源：化工儀器網 作者：羊舌木 點擊量：4776
內蒙古大學科研團隊經過不懈努力，在探索新型電催化二氧化碳還原材料領域取得重要突破。相關成果近日在線發表于國際能源類期刊《先進能源材料》。
【化工儀器網 項目成果】人類社會步入工業化時代以來，大幅度地使用化石燃料，加劇了二氧化碳的排放，造成了全球變暖和海洋酸化等嚴重的環境問題。由于現在沒有可靠的化石燃料替代品，在可預見的未來，化石燃料仍將繼續成為我們生活的主要能源物質。碳達峰碳中和是我國黨中央經過深思熟慮作出的重大戰略決策，事關中華民族永續發展和構建人類命運共同體。科技創新是同時實現經濟社會發展和碳達峰碳中和的關鍵。
為了降低大氣中的二氧化碳，研究者們利用各種催化體系將二氧化碳轉化成具有高附加值的產品。通過電催化二氧化碳還原反應來制備高附加值精細化學品是積極探索建立人工碳循環的方向之一，引起了基礎研究與工業應用領域研究者的廣泛關注。在“碳達峰碳中和”的大背景下，設計出具有有高活性、高選擇性和高穩定性的二氧化碳電還原催化劑具有重要的現實意義和應用前景。
通過電還原反應可以將二氧化碳直接轉化為甲酸、醇類和烴類等產物，該方法不僅可以在很溫和的環境條件下進行，有利于大規模的產業化，同時可以通過調節電解池和催化劑的特性來有效地調控產物，并且在轉化過程中具有很高的經濟效益和可持續性。當前，金、銀、銅、鉑等貴金屬及其相關材料仍然是人們探索二氧化碳還原電催化劑的熱點。然而，貴金屬催化劑具有催化活性低、產物選擇性差以及析氫效率高等問題。
內蒙古大學物理科學與技術學院趙忠龍副教授帶領團隊，利用第一性原理計算模擬，首次提出了雙金屬單層電催化劑表面的“雙位泛函”機制，能夠有效地抑制析氫副反應并提升二氧化碳電還原為甲酸產物的活性和選擇性。
然而，實驗合成具有超薄殼層的雙金屬電極仍然是一個挑戰。研究團隊利用第一性原理計算模擬方法，首次提出過渡金屬碳化物和氮化物可以作為貴金屬單層的襯底，在保留“雙位泛函”的基礎上，能夠顯著提升催化劑的電化學穩定性。
實驗表明，碳化物和氮化物支撐貴金屬單層以及單層團簇催化劑中存在氫-襯底反鍵相互作用，能夠打破吸附氫和二氧化碳還原中間物之間的能量線性關系。此外，研究團隊通過理論模擬預測了一系列具有較高甲酸、甲醇和乙烯等碳氫化合物產物選擇性的新型電催化劑，為提升電化學二氧化碳還原性能提供了新思路。相關成果近日在線發表于國際能源類期刊《先進能源材料》。
(資料來源：科技日報)
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