近日，中科院低碳轉(zhuǎn)化科學(xué)與工程重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室暨上海高研院—上?？萍即髮W(xué)低碳能源聯(lián)合實(shí)驗(yàn)室，在電催化二氧化碳(CO2)還原轉(zhuǎn)化生成甲酸和乙醇方面均取得重要進(jìn)展，相關(guān)結(jié)果分別發(fā)表于國際知名期刊《德國應(yīng)用化學(xué)》。
現(xiàn)代社會消耗了大量煤、石油和天然氣等化石能源，導(dǎo)致CO2等溫室氣體排放量急劇增加，引發(fā)全球環(huán)境問題日益嚴(yán)峻。對此，通過電催化CO2轉(zhuǎn)化成為一條可行之路：采用可再生的風(fēng)電、太陽能等潔凈電能為能源，在常溫、常壓條件下將CO2直接一步轉(zhuǎn)化為一氧化碳、甲酸、甲醇等燃料及化學(xué)品，并實(shí)現(xiàn)CO2的資源化利用和潔凈電能的有效存儲，表現(xiàn)出極具潛力的應(yīng)用前景。
然而，如何高效獲得高附加值的化學(xué)品是CO2電催化轉(zhuǎn)化研究中極具挑戰(zhàn)性的熱點(diǎn)課題。
陳為工作組經(jīng)過近兩年的不斷探索，篩選、嘗試了大量金屬、合金催化劑，最終發(fā)現(xiàn)由金屬鈀(Pd)、錫(Sn)組成的Pd-Sn合金催化劑具有非常優(yōu)異的性能。只需施加非常低的電壓，該催化劑就能將所輸入電能的99%用于驅(qū)動CO2轉(zhuǎn)化生成高附加值化學(xué)品——甲酸。甲酸是基本有機(jī)化工原料之一，廣泛用于農(nóng)藥、皮革、染料、醫(yī)藥和橡膠等工業(yè)。此項研究以CO2為原料，利用可再生電能高效率合成甲酸，顯示出良好的應(yīng)用前景。
此外，通過電催化過程將CO2轉(zhuǎn)化生成含有兩個(及以上)碳原子的產(chǎn)物，如乙烯、乙醇等非常困難，也是行內(nèi)重點(diǎn)攻克的目標(biāo)。該研究團(tuán)隊在前期納米碳材料研究的基礎(chǔ)上，開發(fā)出了氮摻雜的介孔碳(N-carbon)材料用于電催化CO2轉(zhuǎn)化。通過調(diào)控N-carbon的孔道結(jié)構(gòu)和表面活性位構(gòu)型，成功實(shí)現(xiàn)了CO2直接轉(zhuǎn)化生成乙醇。乙醇是用途最為廣泛的基礎(chǔ)化學(xué)品之一，應(yīng)用于合成醋酸、飲料、香精、染料、燃料等，產(chǎn)業(yè)前景巨大。
此項研究工作為設(shè)計、創(chuàng)制高活性和高選擇性生成多碳產(chǎn)物的電催化體系提供了新思路，受到《德國應(yīng)用化學(xué)》審稿人的高度評價。
