二氧化碳的资源化利用有明确的催化反应速度控制步骤

近日，天津大学新能源化学实验室与数据传输单元物理系合作，在二氧化碳资源利用领域取得突破，揭示了二氧化碳电化学还原反应的速度控制步骤，在该研究方向提出了全新的机理认识。相关结果发表在《自然通讯》杂志上。

大气中二氧化碳等温室气体含量的增加导致了越来越严重的全球变暖。利用太阳能等可再生能源产生的电能将二氧化碳高效转化为化学品是资源利用的一个重要方向。研究表明，二氧化碳电化学还原为一氧化碳和甲酸盐的选择性可接近100%，具有工业化生产的潜力，是缓解温室效应、实现绿色碳循环的有效技术路径。

明确催化反应的速度控制步骤是设计高性能催化剂和反应体系的关键。研究小组提出了一种有效的方法来分析二氧化碳电化学还原为一氧化碳和甲酸盐的速度控制步骤。基于Butler-Volmer原理，推导了不同潜在速率控制步骤下的反应速率表达式。结合反应动力学分析，明确了双电子转移二氧化碳电化学还原反应的速率控制步骤为二氧化碳吸附过程。这一研究结果表明，提高反应效率的关键在于强化二氧化碳的吸附。

这项研究工作的主要完成人之一、博士生邓说：“这项成果不仅可以为电催化技术减少碳排放、缓解温室效应提供新的反应机理认识，也有助于我国抢占二氧化碳利用技术的国际制高点，具有重要的战略意义。”