二氧化碳電還原反應(yīng)機理有了新認識

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6月26日，記者從中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)獲悉，該校國家同步輻射實驗室宋禮教授與何群特任副研究員團隊，提出對分子型金屬鎳位點上發(fā)生二氧化碳電還原反應(yīng)機理的新認識。相關(guān)成果日前發(fā)表在《自然·通訊》上。

電化學(xué)還原二氧化碳為碳基燃料和化學(xué)品是碳捕集利用與封存技術(shù)的重要組成部分，在可再生能源存儲和二氧化碳負排放方面具有廣闊的應(yīng)用前景。然而，由于二氧化碳具有很強的化學(xué)鍵強和競爭性氫氣析出反應(yīng)的發(fā)生，實現(xiàn)理想的電化學(xué)還原二氧化碳催化劑性能極具挑戰(zhàn)性。目前，一些具有高一氧化碳選擇性的貴金屬催化劑，如金和銀，可以在水溶液中獲得低過電位，但其高成本和低電流密度限制了實際利用潛力。因此，開發(fā)低過電位、高電流密度、儲量豐富的金屬基催化劑替代貴金屬催化電化學(xué)還原二氧化碳是十分必要和具有挑戰(zhàn)性的。

為解決上述問題，研究人員提出一種分子型不對稱二氮配位鎳單位點催化劑。利用位點的不飽和與不對稱特性，實現(xiàn)在電化學(xué)過程中的結(jié)構(gòu)自優(yōu)化，進而提升位點在電化學(xué)還原二氧化碳中的本征活性。在研究中，研究團隊設(shè)計合成了一種具備二氮配位的分子型鎳單位點催化劑，并將其用于中性和堿性介質(zhì)中的二氧化碳電還原反應(yīng)。

同步輻射X射線吸收譜、發(fā)射譜等揭示了催化劑中鎳位點的局域配位結(jié)構(gòu)。電化學(xué)測試結(jié)果表明，二氮配位的分子型鎳單位點催化劑在中性和堿性電解液中都可以實現(xiàn)非常高的電化學(xué)性能。尤其是堿性中，超過大多數(shù)已報道的催化劑。

理論計算研究也表明，在電化學(xué)過程中形成的單一氧化碳吸附鎳單位點上能夠更好地實現(xiàn)關(guān)鍵中間體形成和一氧化碳脫附之間的平衡，這是催化劑高的催化活性的重要起源，從而很好地揭示了其在二氧化碳電還原反應(yīng)中的催化機理。 

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