二氧化碳如何高效“变身”家产原料？

 
分子工程撬动分子分手电催化剂机能实用化  
二氧化碳如何高效“变身”家产原料？  
 

能源短缺和全球变暖已成为人类面对的两浩劫题。由于化石能源的过量利用，一方面人类赖以保留的传统化石燃料正耗损殆尽；另一方面大气中二氧化碳（CO2）浓度升高，导致全球的温室效应，给地球带来了不行逆的生态情况问题。若操作可再生能源将CO2转酿成家产燃料，既办理了其在大气中浓渡过高的问题，也缓解了新能源替代化石能源短缺的急切需求。

CO2电催化还原为碳基燃料和化工原料被科学家们认为是一种重要的潜在技能途径。然而，今朝CO2还原电催化剂机能不敷和系统本钱奋发制约了该技能的应用。如何设计高效的催化剂，以提高回响的能量转换效率以及产品选择性是亟待办理的重要问题。

南边科技大学质料科学与工程系传授梁永晔团队、化学系副传授王阳刚团队与相助者配合成长了分子分手电催化剂的体系以及分子工程调控要领，构建了基于金属酞菁的高机能CO2还原电催化剂，使得一氧化碳（CO）产品选择性在大电流密度下靠近100%，靠近家产CO2还原的要求。相关研究成就8月11日在线颁发于《自然—能源》。

寻找最佳催化剂

自19世纪末期以来，大气中CO2的浓度已从280 ppm增加至今朝的400 ppm，摸索有效耗损CO2并将其高效转化为人类可用之物的技能，成为全球科学家们存眷的重点。

CO2电催化还原，因可以利用来自可再生能源的电能在常温常压的回响条件下，便可将CO2一步转化为如CO、碳氢化合物等高附加值碳基燃料及化学品，被认为长短常有前途的技能要领。

“将CO2还原为重要的家产原料‘一氧化碳’是相对较成熟的技能，今朝回响选择性与能量转换效率较其他产品的转化高。但离实际应用仍需要办理大电流密度事情条件下的催化剂产品选择性以及不变性的问题。”论文通讯作者之一梁永晔汇报《中国科学报》。

简直，在CO2电催化还原的应用中，催化剂是要害环节，其必需具有高的选择性、低的过电位和洽的不变性，从而才气够高效发生有代价的碳基产物。连年来， CO2还原电催化剂是一个研究热点，并取得了诸多研究希望。

梁永晔先容，今朝较好的催化剂包罗基于贵金属如金、银的质料，以及单原子电催化剂等，但还存在诸多不敷，好比催化剂本钱过高而难以遍及应用，或质料布局巨大、选择性不足抱负等。

最近，诸如酞菁钴(CoPc)等金属大环共同物分子被研究发明可作为催化剂在气体扩散电极下将CO2转化为CO。“但在大电流下，它们的不变性较差。另外，由于对单原子催化剂以及金属大环共同物催化剂的布局与催化机醒目系认识不敷，制约了催化剂机能的优化。”梁永晔说。

针对这些问题，前期，梁永晔团队研究发明酞菁钴-碳纳米管（CoPc/CNT）的复合催化剂揭示出了比纯CoPc分子更高的CO2还原催化机能，并且这种复合要领还可展现一系列MePc（Me = Mn，Fe，Co）分子的本征活性，大大提高了CO2还原成CO的电催化机能。

这一次，梁永晔团队在已往的基本上，继承有了新的摸索发明。

靠近家产要求的抱负催化剂

纯金属大环共同物的CO2还原电催化剂存在分子导电性差、易聚积等问题制约了其催化机能，而热解制备的单原子催化剂布局巨大、难调控也限制了此类催化剂的研究希望。

基于以上近况，梁永晔团队首先通过将金属大环共同物分子级分手于导电碳纳米管上获得分子分手型电催化剂（MDE），双球差电镜表征展现其布局与单原子电催化剂雷同。具有明晰Ni-N4布局的酞菁镍（NiPc）分子MDE对CO2还原为CO具有高选择性，催化活性和选择性要优于Ni单原子催化剂和聚积型的NiPc分子。