我國科學家實現串聯催化二氧化碳電化學還原制甲烷

2020-09-14 中國科學院科技產業網

近日，中國科學院大連化學物理研究所催化基礎國家重點實驗室研究員汪國雄與中科院院士包信和團隊，在二氧化碳電催化還原研究中取得進展。該研究實現非銅基催化劑上串聯催化二氧化碳電化學還原制甲烷，為二氧化碳電催化還原制碳氫化合物提供新策略。

二氧化碳電催化還原利用清潔電能，將二氧化碳和水轉化為化學品和燃料，被認為是一種能同時實現碳循環利用和可再生能源存儲的有效途徑。

將二氧化碳直接電化學轉化為碳氫化合物涉及多電子還原反應過程，存在轉化路徑複雜、選擇性難以調控等科學問題。目前，研究集中在銅基催化劑，非銅催化劑報導較少，發展非銅催化劑電催化還原二氧化碳制碳氫化合物是一個值得探索的研究課題。

大連化物所實現串聯催化二氧化碳電化學還原制甲烷

該研究報導一種酞菁鈷（CoPc）和鋅-氮-碳（Zn-N-C）串聯催化劑，能有效地將二氧化碳電化學還原為甲烷。與單獨酞菁鈷或鋅-氮-碳相比，這種串聯催化劑的甲烷和一氧化碳的生成速率比提高100倍以上。

密度泛函理論計算和對照實驗結果表明，二氧化碳首先在酞菁鈷上還原為一氧化碳，然後一氧化碳擴散到鋅-氮-碳上進一步轉化為甲烷。這種串聯催化策略，將二氧化碳轉化製備甲烷的過程分解為在兩種活性位點上進行的串聯電催化反應，在該串聯催化體系中，酞菁鈷通過提供一氧化碳使鋅-氮位點中鄰位氮上的吸附氫得以保留，從而提高甲烷的生成速率。

相關研究成果發表在《德國應用化學》（Angew. Chem. Int. Ed.）上。研究工作得到國家自然科學基金、國家重點研發計劃、中科院青年創新促進會等的資助。

來源：大連化學物理研究所

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