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研究揭示二氧化碳高选择性电还原“双通道”机理

来源:《中国科学报》2021-09-23 11:11

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  中国科学报社制图

  近日,中国科学院大连化学物理研究所研究员肖建平团队与电子科技大学教授夏川团队、中国科学技术大学教授曾杰团队合作,在二氧化碳转化研究中取得新进展。他们研发出铅单原子合金化的铜基催化剂(Pb1Cu),实现了二氧化碳高活性、高选择性还原制备甲酸盐,并探究了该过程的理论机理。相关成果发表于《自然—纳米技术》。

  夏川团队和曾杰团队制备出Pb1Cu,在实现二氧化碳高效电还原制备甲酸盐的同时,保证了该催化剂的高选择性和稳定性。肖建平团队进一步确定了Pb1Cu的催化机理及活性位点,揭示了其高催化活性和高选择性的根本原因。

  肖建平团队建立了“双通道”二维反应相图,用于模拟二氧化碳还原在不同催化剂表面的活性趋势变化。研究发现,不同于传统单一催化反应通道建立的活性趋势,二氧化碳电还原制备甲酸盐过程中存在羧酸根(COOH*)机理和甲酸根(HCOO*)机理,形成催化反应的“双通道”。因此,二氧化碳电还原制备甲酸盐过程的活性趋势体现了双活性顶点的性质。

  通过反应相图活性趋势研究,团队证明,二氧化碳电还原制备甲酸盐反应中,Pb1Cu催化剂主要符合HCOO*机理,这说明更优的HCOO*吸附能是Pb1Cu催化剂表现出高二氧化碳电还原活性的原因。此外,铜位点也被验证是Pb1Cu催化二氧化碳电还原制备甲酸盐的活性位点。

  肖建平表示,“多重反应通道”不仅存在于二氧化碳电还原制备甲酸盐的反应中,也普遍存在于复杂的催化反应中。该研究为设计高活性和特定选择性电催化材料提供了新思路。

  (记者卜叶)

[ 责编:涂子怡 ]
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