科技日報記者 張佳欣
來自英國諾丁漢大學和伯明翰大學的合作團隊研發(fā)出一種可持續(xù)催化劑。這種催化劑在使用過程中活性會增強，能將二氧化碳（CO2）轉(zhuǎn)化為高價值產(chǎn)品。這一成果為設(shè)計下一代電催化劑提供了新途徑。相關(guān)論文發(fā)表在10日的《ACS應(yīng)用能源材料》期刊上。
CO2是全球變暖的主要推手。將CO2轉(zhuǎn)化為有用產(chǎn)品的傳統(tǒng)方法通常依賴化石燃料制氫，而電催化方法利用可持續(xù)能源（如光伏和風能）和豐富的水。
該催化劑以具有納米紋理結(jié)構(gòu)的碳為載體，支撐錫微粒。在電催化過程中，對催化劑施加電壓會驅(qū)動電子穿過材料，與CO2和水發(fā)生反應(yīng)，從而產(chǎn)生有價值的化合物。其中一種產(chǎn)物就是甲酸鹽，它廣泛用于合成聚合物、藥品、黏合劑等化學產(chǎn)品。為了獲得最佳效率，該過程必須在低電勢下運行，同時保持高電流密度和高選擇性，以確保有效利用電子將CO2轉(zhuǎn)化為所需產(chǎn)品。
研究人員測量了反應(yīng)過程中CO2分子所消耗的電流，以評估催化劑性能。通常，催化劑在使用過程中會降解，導致活性降低。然而他們發(fā)現(xiàn)，在碳納米結(jié)構(gòu)上，錫微粒的電流在48小時內(nèi)持續(xù)增加，幾乎所有電子用于將CO2還原為甲酸鹽，生產(chǎn)率提高了3.6倍，同時保持了近100%的選擇性。
研究人員認為，這是由于錫被分解成小至3納米的顆粒。錫微粒與石墨化碳納米纖維之間存在相互作用，在電子從碳電極轉(zhuǎn)移到CO2分子中起到了關(guān)鍵作用，這是在外加電勢下將CO2轉(zhuǎn)化為甲酸鹽的關(guān)鍵步驟。電子顯微鏡觀察結(jié)果表明，更小的錫微粒與電極的納米紋理碳實現(xiàn)了更好的接觸，從而改善了電子傳輸，并將活性錫中心的數(shù)量增加了近10倍。
這些發(fā)現(xiàn)為設(shè)計電催化載體開辟了新途徑，通過精確控制催化劑與載體在納米尺度上的相互作用，大大提高了將CO2轉(zhuǎn)化為高價值產(chǎn)品的選擇性和穩(wěn)定性。
