我国科学家实现二氧化碳高选择性转化

12日从中国科技大学获悉，该校高勤教授和于书鸿院士课题组设计了一系列具有“富集”效应的纳米催化剂，成功实现了二氧化碳向目标产物的高选择性转化。相关结果最近发表在网络杂志《德国应用化学》和《美国化学会志》上。

 

二氧化碳转化技术不仅可以降低大气中二氧化碳的浓度，还可以获得许多高附加值的碳基燃料。电催化二氧化碳还原技术具有可在常温常压下进行，实现人工封闭碳循环等优点，为当前可再生能源利用和化学燃料合成提供了一种具有应用前景的方法。通过合理设计和可控合成更高效的催化剂，结合对催化机理的理解，实现二氧化碳电还原技术的工业化应用已成为研究的重点和难点。

 

研究人员提出，纳米针尖的“邻近效应”促进了二氧化碳的电还原过程。通过智能微波反应器的高通量筛选，制备硫化镉纳米针阵列结构。发现钾离子的富集随着针尖间距的减小而增加。流动电解池测试表明，由于“邻近富集效应”，这种多纳米尖端硫化镉催化剂的性能比其他过渡金属硫系电催化剂好得多。结果发表在网络杂志《德国应用化学》上，并被选为“卷首插图”论文。

 

在利用纳米多尖端的“邻近效应”实现目标离子富集的基础上，研究者进一步提出利用纳米腔的“限制效应”来富集反应中间体，实现二氧化碳向多碳燃料的高效转化。研究结果发表于《美国化学会志》。

 

上述研究结果表明了催化剂纳米结构设计对二氧化碳电还原反应催化性能的重要影响。纳米尺度的“富集效应”可以有效增强关键中间体的吸附，从而促进反应的高效运行。这一新的设计理念为今后相关电催化剂的设计和高附加值碳基燃料的合成提供了新的思路。