中國科學(xué)院大連化學(xué)物理研究所提出金屬相保護(hù)策略實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定的酸性二氧化碳電催化還原制甲酸

　　【儀表網(wǎng) 研發(fā)快訊】近日，中國科學(xué)院大連化學(xué)物理研究所能源催化轉(zhuǎn)化全國重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室納米與界面催化研究中心碳基資源電催化轉(zhuǎn)化研究組(523組)高敦峰研究員團(tuán)隊(duì)與生物能源研究部生物能源化學(xué)品研究組(DNL0603組)周旭凱研究員等合作，在二氧化碳電催化還原研究方面取得新進(jìn)展，提出一種金屬相保護(hù)策略，實(shí)現(xiàn)了高活性高穩(wěn)定性的酸性二氧化碳電催化還原制甲酸。
 

　　二氧化碳電催化還原反應(yīng)通常在堿性或中性條件下進(jìn)行，但伴隨的碳酸化副反應(yīng)會(huì)導(dǎo)致嚴(yán)重的碳損失。此外，在堿性和中性條件下生成的主要產(chǎn)物是甲酸根，需進(jìn)一步酸化處理才能轉(zhuǎn)化為甲酸。相比之下，酸性二氧化碳電催化還原可有效緩解碳酸化問題，并直接生成甲酸。然而，強(qiáng)酸性反應(yīng)環(huán)境易引發(fā)催化劑腐蝕、金屬浸出和結(jié)構(gòu)降解等問題，使得催化劑的長期穩(wěn)定性成為制約其實(shí)際應(yīng)用的瓶頸。
 

　　在本工作中，合作團(tuán)隊(duì)提出了一種金屬相保護(hù)策略，開發(fā)出具有優(yōu)異酸性二氧化碳電催化還原活性和穩(wěn)定性的鉍-銅(Bi-Cu)雙金屬氧化物催化劑(Bi0.31Cu1)。該催化劑在200至650 mA cm−2的寬電流密度范圍內(nèi)，甲酸法拉第效率達(dá)到90%以上；在200 mA cm−2的電流密度下穩(wěn)定運(yùn)行500小時(shí)，甲酸法拉第效率維持在90%左右。催化劑結(jié)構(gòu)表征和反應(yīng)機(jī)理研究表明，Bi0.31Cu1催化劑中的三氧化二鉍(Bi2O3)相與鉍酸銅(CuBi2O4)相之間存在強(qiáng)相互作用，導(dǎo)致Bi2O3相產(chǎn)生壓縮應(yīng)變，增強(qiáng)了Bi−O鍵強(qiáng)度，從而有效抑制了催化劑重構(gòu)過程中Bi的溶出，提升了Bi基催化劑的長期穩(wěn)定性。該金屬相保護(hù)策略的普適性在鉍-鎂(Bi-Mg)雙金屬氧化物催化劑體系中得到進(jìn)一步驗(yàn)證。
 

　　相關(guān)研究成果以“Metal-Phase Protection Suppresses Bi Leaching for Durable Acidic CO2 Electroreduction to Formic Acid”為題，于近日發(fā)表在《德國應(yīng)用化學(xué)》(Angewandte Chemie International Edition)上。該工作的第一作者是我所DNL0603組博士研究生談子健。上述工作得到國家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃、國家自然科學(xué)基金、中國科學(xué)院B類先導(dǎo)專項(xiàng)“能源電催化的動(dòng)態(tài)解析與智能設(shè)計(jì)”、遼寧濱海實(shí)驗(yàn)室、遼寧省興遼英才計(jì)劃、大連市杰出青年科技人才支持計(jì)劃、我所創(chuàng)新基金等項(xiàng)目的支持。