中科院大連化物所二氧化碳電催化還原研究取得新進展

 近日，中科院大連化物所催化基礎國家重點實驗室汪國雄研究員、楊帆研究員和包信和院士研究團隊在金屬-氧化物界面增強的二氧化碳電催化還原研究方面取得新進展，相關結(jié)果發(fā)表在日前出版的《美國化學會志》雜志上。  二氧化碳電催化還原，以可再生電能或富余核電等潔凈電能為能源，在溫和的反應條件下將二氧化碳一步轉(zhuǎn)化為一氧化碳、甲酸、碳氫化合物和醇類等高附加值燃料及化學品，同時實現(xiàn)二氧化碳的高效轉(zhuǎn)化和潔凈電能的有效存儲。當前，設計高效催化劑來降低過電勢和提高反應選擇性是二氧化碳電催化還原研究中極具挑戰(zhàn)性的熱點課題。  該研究團隊在二氧化碳電催化還原前期研究基礎上，基于對金屬-氧化物界面催化限域效應的充分理解，設計合成了金屬-氧化物界面結(jié)構(gòu)的碳載Au-CeOx催化劑，在保證不同催化劑中Au納米粒子尺寸和形貌相同的情況下，研究了Au-CeOx界面與二氧化碳電催化還原性能的內(nèi)在關聯(lián)。在–0.89 V (vs. RHE)時，Au-CeOx催化劑上生成一氧化碳的法拉第效率達到89.1%，遠高于單獨的Au(59.0%)或CeOx催化劑(9.8%)，生成一氧化碳的電流密度是Au的1.6倍。通過構(gòu)筑CeOx/Au(111)模型催化劑，利用高分辨掃描隧道顯微鏡和同步輻射能譜進行原位研究，發(fā)現(xiàn)Au-CeOx界面顯著促進了二氧化碳在CeOx表界面的吸附與活化，以及水的存在幫助了CeOx表面的還原與表面吸附二氧化碳物種的穩(wěn)定。密度泛函理論計算進一步表明在后續(xù)的加氫過程中，Au-CeOx界面幫助穩(wěn)定了關鍵中間物種*COOH，從而促進了一氧化碳的生成和脫附。這種界面增強的二氧化碳電催化還原在Ag-CeOx催化體系上得到了進一步證實，表明了金屬-氧化物界面催化體系在二氧化碳電催化還原中的普適性。