把二氧化碳还原成甲酸新催化剂可稳定“服役”60小时

信息来源:科技日报 日期:2021-10-22

  科技日报讯 (记者吴长锋)记者10月20日从中国科学技术大学获悉,该校高敏锐教授课题组与唐凯斌教授课题组合作,提出增强材料共价性来稳定催化剂结构的设想,在催化剂硫化铟中引入锌,提高了铟-硫键的共价性,有效抑制了催化剂中活性成分“硫”的流失,保持了其在电催化二氧化碳还原中的稳定性。该成果已在线发表于《自然·通讯》。

  电催化二氧化碳还原,为“碳中和”提供了有潜力的新方法。目前研究人员设计并研制的催化剂能有效催化二氧化碳制备一氧化碳、甲酸和乙醇等多种碳基燃料。然而,这些催化剂在高速率电解过程中会发生团聚、活性物质相变、元素溶解等现象,导致选择性迅速降低。因此,为了实现电催化二氧化碳还原成甲酸的工业级制备,必须研制活性和稳定性兼备的催化剂并理解相关稳定性机理。

  研究人员采用相同合成策略,制备了无锌和有锌的两种硫化铟催化剂。所制备催化剂具有相同的形貌、尺寸和比表面积,保证了两者性能的公平比较。电化学性能测试表明,在中性电解环境中,有锌条件下制备的催化剂展现出更优的法拉第效率。特别重要的是,锌的引入赋予了催化剂卓越的催化稳定性:在未间断的连续电解过程中,该催化剂能在工业级电流密度下稳定催化二氧化碳还原生成甲酸产物达60小时,并且保持产物法拉第效率在97%左右。

  研究人员对催化剂进行了严格地结构稳定性测试,利用X射线光电子能谱、STEM-EDX元素分析和ICP等分析技术,证实了在60小时的大电流二氧化碳电解后,有锌催化剂中每种元素的含量和化学态几乎没有改变。该成果为设计和创制在工业级电流下长时间“服役”的电催化二氧化碳用催化剂提供了新的思路。

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