每日聚焦：二氧化碳電還原反應(yīng)機(jī)理有了新認(rèn)識

2023-06-26 19:22:24 來源：科技日報

(資料圖片僅供參考)

科技日報記者吳長鋒

26日，記者從中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)獲悉，該校國家同步輻射實(shí)驗室宋禮教授與何群特任副研究員團(tuán)隊，提出對分子型金屬鎳位點(diǎn)上發(fā)生二氧化碳電還原反應(yīng)機(jī)理的新認(rèn)識。相關(guān)成果日前發(fā)表在《自然·通訊》上。

電化學(xué)還原二氧化碳為碳基燃料和化學(xué)品是碳捕集利用與封存技術(shù)的重要組成部分，在可再生能源存儲和二氧化碳負(fù)排放方面具有廣闊的應(yīng)用前景。然而，由于二氧化碳具有很強(qiáng)的化學(xué)鍵強(qiáng)和競爭性氫氣析出反應(yīng)的發(fā)生，實(shí)現(xiàn)理想的電化學(xué)還原二氧化碳催化劑性能極具挑戰(zhàn)性。目前，一些具有高一氧化碳選擇性的貴金屬催化劑，如金和銀，可以在水溶液中獲得低過電位，但其高成本和低電流密度限制了實(shí)際利用潛力。因此，開發(fā)低過電位、高電流密度、儲量豐富的金屬基催化劑替代貴金屬催化電化學(xué)還原二氧化碳是十分必要和具有挑戰(zhàn)性的。

為解決上述問題，研究人員提出一種分子型不對稱二氮配位鎳單位點(diǎn)催化劑。利用位點(diǎn)的不飽和與不對稱特性，實(shí)現(xiàn)在電化學(xué)過程中的結(jié)構(gòu)自優(yōu)化，進(jìn)而提升位點(diǎn)在電化學(xué)還原二氧化碳中的本征活性。在研究中，研究團(tuán)隊設(shè)計合成了一種具備二氮配位的分子型鎳單位點(diǎn)催化劑，并將其用于中性和堿性介質(zhì)中的二氧化碳電還原反應(yīng)。

中國科大供圖

同步輻射X射線吸收譜、發(fā)射譜等揭示了催化劑中鎳位點(diǎn)的局域配位結(jié)構(gòu)。電化學(xué)測試結(jié)果表明，二氮配位的分子型鎳單位點(diǎn)催化劑在中性和堿性電解液中都可以實(shí)現(xiàn)非常高的電化學(xué)性能。尤其是堿性中，超過大多數(shù)已報道的催化劑。

理論計算研究也表明，在電化學(xué)過程中形成的單一氧化碳吸附鎳單位點(diǎn)上能夠更好地實(shí)現(xiàn)關(guān)鍵中間體形成和一氧化碳脫附之間的平衡，這是催化劑高的催化活性的重要起源，從而很好地揭示了其在二氧化碳電還原反應(yīng)中的催化機(jī)理。?

關(guān)鍵詞：