我校教师在二氧化碳电化学催化转化研究中取得新突破

近日，我校环化学院尹振老师关于二氧化碳电化学催化转化的研究成果，以“钯铜双金属纳米电化学催化剂高选择性转化二氧化碳制备一氧化碳”（Nano Energy, 2016,27,35）为题，在国际著名期刊《纳米能源》（最新影响因子11.5）上发表。

图片来源：环化学院

CO₂作为温室气体，其活化和转化利用对于CO₂减排、低碳经济以及人类社会可持续发展而言均具有重要意义。CO₂的电催化转化，即通过输入电能并且在催化作用下将其还原生成化学品和燃料，不但可以大幅减少碳排放，而且碳资源的转化和利用也为缓解自然界中碳的循环压力和解决能源供给提供了新的途径。然而，在CO₂电化学还原过程中，催化剂普遍存在析氢反应竞争性抑制、电流效率低、产物选择性差等问题，大大降低了反应过程的电流效率和能量效率。为此，尹振博士在前期Pd基双金属纳米催化剂研究工作的基础上（材料化学A，Journal Materials Chemistry A 2013, 1, 9157; 科学报告，Scientific Reports 2014, 4, 4288），利用Cu组分调控PdCu双金属纳米粒子的组分和粒径，实现5nm以下金属纳米粒子的产物选择性调变，结果表明：在PdCu/C纳米催化剂可以高选择性地将CO₂转化为CO，其中Pd₈₅Cu₁₅/C催化剂具有最优的CO₂电化学还原活性，在-0.89V vs. RHE电极电位下，CO法拉第效率高达86%，CO电流密度可达6.9 mA cm^-2，质量比活性可达24.5 A g^-1，与单组分的Pd/C催化剂相比，分别高出5倍、8倍和2.2倍。该研究中采用X光吸收精细结构谱（EXAFS）和CO程序升温脱附-质谱（TPD-MS）更深入地考察和分析纳米催化剂的构效关系，结果发现：合适Cu组分比例和低配位活性中心（low-coordination sites）是双金属PdCu催化剂活性提高的关键原因。

此外，双金属纳米催化剂，不但可以直接减少二氧化碳的排放，高选择性将其转化为CO，而且在过程中同时富产H2，通过控制反应的电极电位可以有效地将CO2转化为一氧化碳和氢气的混合物，并最终生成合成气，免去了昂贵的第二次气化过程。（审稿：环化学院 许世超 编辑：宣传部 谢光勇）