新型催化剂可高效电催化二氧化碳还原

12日，记者从中国科学院合肥物质科学研究所获悉，该所强磁场中心王辉研究组已制备出嵌有超小铜纳米晶的氮掺杂碳纳米片催化剂，可用于实现高效电催化二氧化碳还原反应。相关结果近日发表在国际期刊《ACS应用材料与接口》上。

随着工业化水平的提高和能源消耗的增加，大气中二氧化碳的浓度逐渐升高，对生态环境造成了严重破坏，能源短缺问题日益突出。因此，迫切需要生产新的清洁能源，以摆脱对传统化石能源的过度依赖，减少二氧化碳排放。在众多二氧化碳转化技术中，电催化二氧化碳还原是一种很有潜力的转化技术，它可以在催化剂的作用下充分利用电能，将二氧化碳转化为所需的新能源产品，降低空气中二氧化碳的含量。具有广阔的应用前景。

在电催化二氧化碳还原反应中，铜基纳米催化剂是最有前途的催化剂，可以产生大量的液体醇，并将二氧化碳深度还原为二羰基产物。相关研究表明，铜纳米晶和掺杂剂可以控制活性位对产物的选择性，提高电催化二氧化碳还原反应的转化效率。例如，在铜纳米粒子上涂覆碳和氮之后，由于碳/氮掺杂层提供的良好的电子供应能力和限制效应，可以大大提高对乙醇的选择性。然而，这些铜基催化剂在电催化二氧化碳还原反应中仅表现出对单一产物的高选择性，很难在不同电位下获得其他高选择性的理想液体产物。另外，目前电催化二氧化碳还原反应在低电位下进行时，铜基催化剂对液体产物的选择性并不理想。

研究人员制备的嵌入超小铜纳米晶的氮掺杂碳纳米片催化剂可用于实现高效电催化二氧化碳还原反应。其中，超小的铜纳米晶嵌入氮掺杂碳片中，有效防止了电催化二氧化碳还原反应过程中活性位点的失活。电催化二氧化碳还原反应在气相扩散电极装置中进行，通过调节电位实现了乙醇和甲酸的高效选择，表现出良好的催化稳定性。