中國(guó)儲(chǔ)能網(wǎng)訊：近日，中國(guó)科學(xué)院大連化學(xué)物理研究所催化基礎(chǔ)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室高敦峰、汪國(guó)雄和包信和等研究人員與浙江工業(yè)大學(xué)教授王建國(guó)等合作，在二氧化碳高效電催化還原研究中取得進(jìn)展，發(fā)現(xiàn)納米鈀電極高效催化二氧化碳還原生成一氧化碳，并且其催化性能與納米粒子尺寸有很強(qiáng)的依賴關(guān)系。相關(guān)結(jié)果發(fā)表在日前出版的《美國(guó)化學(xué)會(huì)志》(J. Am. Chem. Soc. 2015, 137, 4288?4291)上。
近年來(lái)，全球二氧化碳排放量的逐年增加對(duì)人們賴以生存的生態(tài)環(huán)境造成了嚴(yán)重威脅，因此二氧化碳的捕獲、存儲(chǔ)以及轉(zhuǎn)化受到研究者的廣泛關(guān)注。在二氧化碳轉(zhuǎn)化
方面，利用傳統(tǒng)化學(xué)方法還原二氧化碳需要同時(shí)提供能量和氫氣，而采用電催化方法還原二氧化碳，與電解水耦合從水中獲取氫，可以在比較溫和的反應(yīng)條件一步直接獲得一氧化碳、碳?xì)浠衔锖图状嫉雀咧祷瘜W(xué)品和液體燃料。同時(shí)，該過(guò)程與可再生能源或富余核能利用相結(jié)合，實(shí)現(xiàn)大規(guī)模電能存儲(chǔ)，表現(xiàn)出極具潛力的應(yīng)用前景，當(dāng)前已成為相關(guān)領(lǐng)域一個(gè)重要的研究熱點(diǎn)。
Pd是典型的析氫反應(yīng)催化劑，體相Pd電極上的CO2還原過(guò)電勢(shì)高、競(jìng)爭(zhēng)性的析氫反應(yīng)造成法拉第效率低。該團(tuán)隊(duì)的實(shí)驗(yàn)研究發(fā)現(xiàn)，在2.4–10.3 nm范圍內(nèi)，Pd納米粒子的CO2還原選擇性和活性表現(xiàn)了明顯的尺寸依賴性。在?0.89 V (vs. RHE)時(shí)生成CO的法拉第效率從10.3 nm Pd上的5.8%增加到3.7 nm Pd上的91.2%，同時(shí)生成CO的電流密度增加了18.4倍。通過(guò)密度泛函理論(DFT)計(jì)算，分析了在三種不同反應(yīng)位(平面、臺(tái)階和角位)上CO2還原和析氫反應(yīng)的自由能，并建立了反應(yīng)性能與粒度的關(guān)系。生成CO的轉(zhuǎn)換頻率(TOF)與粒徑呈現(xiàn)火山型曲線關(guān)系，這表明可以通過(guò)改變Pd納米粒子的尺寸來(lái)調(diào)變CO2吸附、中間物種COOH*的形成以及CO*的脫附等，從而實(shí)現(xiàn)Pd納米粒子從析氫催化劑到高效CO2還原催化劑的轉(zhuǎn)變。
該研究得到了國(guó)家自然科學(xué)基金委和科技部等相關(guān)項(xiàng)目的資助。
二氧化碳高效電催化還原研究取得進(jìn)展
