我科學家設計新型電催化劑將二氧化碳轉化為液體燃料

中國經濟網北京1月7日訊（記者佘惠敏）中國科學技術大學合肥微尺度物質科學國家實驗室謝毅教授、孫永福特任教授課題組設計出一種新型電催化材料，能夠將二氧化碳高效“清潔”地轉化成液體燃料甲酸，該成果刊登于1月7日的《自然》雜志。

如何更有效地減少空氣中的二氧化碳？科學界已經做了很多工作，捕獲空氣中的二氧化碳已經進入小型工業化階段。有效利用二氧化碳目前有許多方案，例如使用不同的催化劑，通過光催化、電催化、光電催化和加氫氣整合等方式來還原二氧化碳。不同的還原方案會產生不同的產物，比如甲烷、甲酸、甲醛、甲醇等工業原料。現有方案中有些需要采用昂貴的貴金屬催化劑，也有些會產生多種類產物，造成后續分離的困難。因此科學界還在不斷探索更新更好的方案。

電還原過程是利用電催化劑在外加電場的作用下將二氧化碳轉化成不同種類的化學品。這個過程有潛力成為一種“清潔”的為工業提供原本依賴化石燃料合成的化學品的方式，在消耗二氧化碳的同時也產生一些有用的化學品。

不過，二氧化碳的活化一直是這一個過程中的瓶頸，往往需要消耗大量的能量。近年來，有報道顯示通過金屬氧化物還原得到的金屬催化劑，比通過其它方法制備的金屬的催化活性要高，甚至能將二氧化碳的還原電位降低到熱力學的最小值。但是金屬表面氧化物對其自身金屬的電還原性能的影響機制還不清楚，這主要是因為以前制備的催化劑中含有大量的微結構如界面、缺陷等，這些微結構的存在很容易掩蓋住表面金屬氧化物對其自身金屬催化性能的影響。

謝毅、孫永福課題組設計了一種雜化模型體系用來研究金屬表面氧化物對其自身金屬電催化性能的影響，研究發現，利用鈷和鈷氧化物雜化的超薄二維材料能夠大幅度地提高其塊材原本很低的對二氧化碳的催化還原性能。

研究結果顯示，鈷在位于特定的排列方法和氧化價態時，具有更高的催化二氧化碳的活性，即超薄二維結構和金屬氧化物的存在提高了催化還原二氧化碳的能力。這項研究工作有助于讓研究者們重新思考如何獲得高效和穩定的二氧化碳電還原催化劑，也對推動電催化還原二氧化碳機理研究具有重要的意義。