高效電催化二氧化碳還原反應催化劑成功研製

2020-12-21 電子發燒友

高效電催化二氧化碳還原反應催化劑成功研製

王健高 劉佳 發表於 2020-03-30 16:42:56

3月30日，記者從中國科學院青島生物能源與過程研究所（以下簡稱「青島能源所」）獲悉，該所環境友好催化過程研究組成功開發出高效電催化二氧化碳還原反應催化劑，該研究工作為提升過渡金屬催化劑的催化活性提供了一種新策略。相關研究成果已發表於《先進能源材料》（Advanced Energy Materials）期刊上（Adv. Energy Mater., 2020, 10, 1903664）。劉立成研究員為該論文的唯一通訊作者，陳志鵬博士為論文的第一作者。

利用可再生電力驅動CO2電催化還原為甲醇、甲酸等高附加值化學燃料，在解決CO2過量排放的同時，還可以實現間歇性電能向化學能的直接轉化，對控制碳平衡、優化能源消費結構等意義重大。由於CO2分子中C=O雙鍵結合穩定，電催化CO2還原反應（CO2RR）所需要的能量較高。因此，開發高效的催化劑提升反應催化效率是CO2RR研究的重點和難點。陳志鵬表示，近十年來各類催化劑已經被開發後用於CO2RR的研究，並且在提高產物選擇性、降低過電位等關鍵科學問題上取得了一定的進展，但是CO2RR的反應電流密度和催化產率仍然較低，無法進一步滿足工業化應用的需求。

針對上述科學難題，青島能源所環境友好催化過程研究組在開發高效電催化劑方面開展了大量的研究工作（Angew. Chem. Int. Ed., 2018, 57, 12790；Small, 2019, 15, 1903668；J. Mater. Chem. A, 2018, 6, 11236；ChemSusChem, 2018, 11, 2944；J. Mater. Chem. A, 2017, 5, 24651；Nanoscale, 2019, 11, 18715等）。近日，該所環境友好催化過程研究組基於前期的研究工作，發現直接包覆氨基官能團化的碳層可以有效的調控非貴金屬催化劑SnS的電子結構，從而加速了電極界面處的電子傳導效率、增強了催化劑對吸附態的CO2分子和反應中間體OCHO*的吸附能力，實現了反應電流密度和催化產率的顯著提升。

（a）SnS/Aminated-C複合催化劑的差分電荷分布圖；（b）CO2RR活性電流密度對比圖（陳志鵬 供圖）

打開APP閱讀更多精彩內容

聲明：本文內容及配圖由入駐作者撰寫或者入駐合作網站授權轉載。文章觀點僅代表作者本人，不代表電子發燒友網立場。文章及其配圖僅供工程師學習之用，如有內容圖片侵權或者其他問題，請聯繫本站作侵刪。 侵權投訴

相關焦點

  • 電催化二氧化碳還原合成二碳產物
    在諸多相關技術中，電催化二氧化碳還原可以在相對溫和的條件下進行，其裝置架構也相對簡單；此外，這項技術與新型可再生能源(如太陽能、風能、水能等)有著良好的兼容性和互補性，可對特定時段過剩的電能加以轉化並存儲在化學鍵中，同時得到一系列有經濟價值的還原產物。因此，電催化二氧化碳還原技術近年來受到了科研界和工業界的廣泛關注。
  • Chem:單位點反應中心應用於電催化...
    文章基於課題組研究的特色，總結了單原子催化劑在電催化水裂解和CO2還原領域的應用，介紹了相關領域的最新研究成果以及原位催化反應中的研究進展，並對其研究前景進行了展望。圖1.因為析氧反應作為一個四電子的催化反應過程，往往成為整體水裂解過程的決速步。本文針對如何降低基於貴金屬析氧催化劑的使用成本以及如何開發高效穩定非貴金屬析氧催化劑進行了闡述。圖3. 單原子催化劑在電催化析氧領域內的應用實例。單原子催化劑在電催化二氧化碳還原領域內的應用人類向大氣中排放的二氧化碳不斷增加，引起了巨大的氣候變化。
  • 中科院福構所《Small》:一種高效穩定的CO2電還原催化策略!_騰訊新聞
    本文合成了2D導電鎳酞菁基COF，具有非常高的CO選擇性(> 93%)，可保持CO2電還原反應活性10小時。該研究提供了在電催化中提高能量轉換效率的策略。 化石燃料的大量使用導致了二氧化碳(CO2)的高排放，出現了包括全球變暖和海平面上升在內的許多環境問題。
  • 選擇性催化還原脫硝工藝及脫硝催化劑研究
    開發出安全高效的脫硝減排技術已經成為環境保護領域的重要課題。本文介紹了多種脫硝減排技術並以SCR選擇催化還原脫硝為重點，詳細介紹了貴金屬催化劑、金屬氧化物催化劑和分子篩催化劑的發展現狀及其優缺點，並對催化還原脫硝工藝的未來發展做了展望。關鍵詞：選擇性脫硝;催化還原;催化劑隨著我國工業的快速發展，化石能源消耗逐年遞增。
  • 何良年|面向可持續發展的二氧化碳化學
    與石化工業相比, 現有CO2基的化工產品種類還不多, 尤其是對映選擇性催化反應少; CO2熱力學上的低能態, 能量是其轉化利用的基礎。CO2的惰性決定了活化是進行CO2轉化反應前提, 而活化的關鍵取決於高效催化體系。關鍵科學問題源於CO2活化反應機理還不明確, 難以進行催化劑的理性設計。
  • 合肥研究院製備出氧還原反應非貴金屬基催化劑
    近日，中國科學院合肥物質科學研究院固體物理研究所納米材料與器件技術研究部李越課題組在鐵基納米複合材料的OER催化性能研究方面取得新進展，合成的FeP/Fe3O4/CNTs複合材料展現出優異的氧還原反應催化活性及穩定性，並具有很好的本徵活性和快速的動力學過程。
  • 氧還原為過氧化氫的催化劑設計、合金的原位轉變、Cu團簇、ReS2/CC...
    在許多潛在的系統中，由於市場需求的增長以及陰極氧氣還原反應（ORR）在電催化領域中的重要作用，過去數十年來，在ORR生產過氧化氫（H2O2）方面引起了人們的極大興趣。在這篇綜述中，美國萊斯大學汪淏田（Haotian Wang）課題組和上海交通大學蔣昆課題組合作，描述了正極材料從2e-ORR合成H2O2的最新進展。
  • 中科大研製出新型硫化物高效光催化劑
    記者10月21日從中國科學技術大學獲悉，近日，該校俞書宏院士團隊發展了一種膠體化學合成法，成功製備了一種新型四元硫化物單晶納米帶光催化劑，並表現出優異的光催化產氫性能。相關成果日前發表在《自然·通訊》上，為設計開發新型高效光催化劑提供了新途徑。
  • 鎳催化的反應
    一、鎳催化的反應一系列鏈狀烯烴在鎳催化劑催化下生成線性芳基化產物的反應(圖3）。不論雙鍵的位置處於分子鏈末端還是內部，都生成末端芳基取代的產物，反應具有很高的產率和選擇性，可能的反應機理圖3所示。實驗研究發現形成C_C鍵的還原消除步驟是反應決速步驟。
  • 【中國科學報】鎳鋅碳「合作」高效催化乙炔加氫
    【中國科學報】鎳鋅碳「合作」高效催化乙炔加氫 2020-07-15 中國科學報 沈春蕾 【字體　　據了解，乙炔選擇性加氫反應是石油化工生產過程必不可少的步驟。研究表明，貴金屬鈀相較於其他金屬在該反應中能夠表現出較高的活性和選擇性，但是貴金屬鈀昂貴的價格極大提升了生產成本，因此廉價非貴金屬催化劑的研製一直是催化工業和科學研究的熱點。　　張炳森團隊致力於乙炔選擇性加氫催化劑的結構解析、設計及研製工作。
  • 二氧化鈦光催化原理
    光催化原理是基於光條件下光催化劑的氧化還原能力，可以達到淨化汙染物，物質合成和轉化的目的。 通常，光催化氧化反應以半導體為催化劑，以光為能源，將有機物降解為二氧化碳和水。因此，光催化技術作為一種高效，安全，環保的淨化技術，因其改善室內空氣品質而受到國際學術界的認可。
  • 科學家發現新型催化劑 可將二氧化碳和水轉化為乙醇
    據外媒New Atlas報導， 美國能源部阿貢國家實驗室的研究人員與北伊利諾伊大學的科學家合作，發現了一種新的催化劑，它可以將二氧化碳和水轉化為乙醇 ，並表示其「能效非常高，對所需最終產品的選擇性高，成本低」。
  • 中國科大電化學沉積法製備鉬鈷等34種單原子催化劑
    單原子催化劑因為具有最大化的原子利用率和獨特的電子結構，在水解、氧還原、二氧化碳加氫、甲烷轉化等化學反應中受到了廣泛關注。但目前合成單原子催化劑的方法對單原子和襯底都有比較高的要求，還不能實現在任何襯底上製備任何的金屬單原子催化劑，因此，發展對襯底和金屬無選擇性的普適性單原子合成方法具有重要意義。
  • 有序多孔碳表面耦合共存Fe和Ni單原子高效促進氧還原反應
    【研究背景】質子交換膜燃料電池具有能量轉化率高、綠色環保等優點，在解決能源和環境問題方面具有巨大潛力，其器件效率與成本極大地依賴其陰極氧還原反應電催化劑。目前，碳載金屬單原子電催化劑是最有希望取代貴金屬鉑的替代材料。但是，該類電催化劑仍具有催化活性不足、反應物在陰極中傳質困難等問題。
  • 臭氧催化氧化塔深度處理工藝及設備
    b）ClO2 催化氧化工藝二氧化氯催化氧化法是水處理高級氧化技術之一，它是在化學氧化法的基礎上改進、發展起來的。二氧化氯催化氧化的原理就是在表面催化劑存在的條件下，利用強氧化劑—二氧化氯在常溫常壓下催化氧化廢水中的有機汙染物，直接將有機汙染物氧化成為二氧化碳和水，或將大分子有機汙染物氧化成小分子有機汙染物，提高廢水的可生化性，能較好地去除有機汙染物。
  • 新催化劑將二氧化碳轉化為一氧化碳和氧氣
    幾十年來，化學家們一直試圖用二氧化碳做一些有意義的事情。但二氧化碳是一種非常穩定且不易起化學反應的分子。為了將其分離為一氧化碳和氧氣，研究人員不得不添加能量，通常是電力。但人們現在已經不這麼做了，因為精鍊石油製造燃料要便宜得多。然而一些催化劑(能夠加速化學反應的物質)卻能夠使這一過程變得更為廉價。
  • 化學、電化學催化、溼式、超臨界水、光催化、超聲波氧化技術
    研究表明,利用Fe3+、Mn2+等均相催化劑和鐵粉、石墨、鐵、錳的氧化礦物等非均相催化劑同樣可使H2O2分解產生·OH,因其反應基本過程與Fenton試劑類似而稱之為類Fenton體系。如用Fe3+代替Fe2+,由於Fe2+是即時產生的,減少了·OH被Fe2+還原的機會,可提高·OH的利用效率。
  • 通過多孔金屬有機聚合物實現胺和二氧化碳與氫氣的高效選擇性N-甲...
    通過多孔金屬有機聚合物實現胺和二氧化碳與氫氣的高效選擇性N-甲醯化反應 作者：小柯機器人 發布時間：2020/11/19 10:39:27 復旦大學化學系塗濤課題組通過多孔金屬有機聚合物實現了利用二氧化碳、氫氣和胺合成
  • 設計3D-MoS2助催化劑實現對染料類及抗生素類廢水高效處理
    芬頓反應最早由法國化學家Fenton在1893年發現，並因其能產生強氧化性的羥基自由基等活性氧物種（ROS）被廣泛應用於水中有機汙染物的去除。理想的芬頓反應是Fe2+催化H2O2生成羥基自由基等ROS，但實際上，大多數已報導的芬頓反應並不是真正的催化反應，而只是一個氧化還原化學反應。
  • 湖南大學張世國教授團隊在碳基電催化材料領域取得系列進展
    碳基單原子催化材料具有高的導電性和結構明確且高效的活性中心，在諸多電化學反應體系中表現出良好的催化活性。然而，一般傳統碳基單原子材料中同時存在雜原子摻雜缺陷、本徵缺陷等多種功能化物種和潛在活性位點，如何精確調控非金屬中心功能化物種並深入理解其催化作用機理仍然比較複雜。