二氧化碳電還原產(chǎn)合成氣的催化劑研制取得重要進(jìn)展
?近日，中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)化學(xué)與材料科學(xué)學(xué)院和合肥微尺度物質(zhì)科學(xué)國(guó)家研究中心曾杰教授課題組利用組分可調(diào)的硫硒化鎘合金納米棒作為催化劑，高效電還原二氧化碳為合成氣。這種硫硒化鎘合金納米棒的催化劑，在二氧化碳電還原反應(yīng)中表現(xiàn)出高活性和高穩(wěn)定性，并且能夠在很寬的范圍內(nèi)調(diào)控合成氣的組成比例。該成果以“Achieving the widest range of syngas proportions at high current density over cadmium sulphoselenide nanorods in CO2 electroreduction”為題，1月9日發(fā)表在《先進(jìn)材料》雜志上（Adv. Mater. 2018, doi: 10.1002/adma.201705872），論文的共同第一作者是博士研究生何嶸和碩士研究生張安。
合成氣，即一氧化碳和氫氣的混合氣，是石油化工中重要的合成原料。對(duì)于不同的化工過程中，所需要的合成氣的最優(yōu)組成比例也不同。傳統(tǒng)制備合成氣的方法包括煤的氣化和天然氣的重整，都需要消耗不可再生能源。與之相反，利用二氧化碳和水作為原料，在水溶液中電還原二氧化碳，是可持續(xù)地制備合成氣的理想方法。然而目前電還原二氧化碳的催化劑很難在保證高電流密度的同時(shí)，在很寬的范圍內(nèi)調(diào)控合成氣的組成比例。
針對(duì)這個(gè)問題，研究人員利用液相合成技術(shù)，近期設(shè)計(jì)并合成出組分可調(diào)的硫硒化鎘合金納米棒催化劑。研究人員發(fā)現(xiàn)，該催化劑中的硒含量越高，反應(yīng)中氫的中間體越多，合成氣產(chǎn)物中氫氣組分的比例也越高。研究表明，在過電位-1.2 V時(shí)，產(chǎn)物合成氣中的一氧化碳和氫氣之比可以在4:1和1:4之間自由調(diào)整。同時(shí)，不管是何種組成比例的合成氣，其電流密度均超過25 mA/cm-2。另外，在連續(xù)使用該催化劑10個(gè)小時(shí)的穩(wěn)定性測(cè)試中，電流密度基本保持穩(wěn)定，產(chǎn)物合成氣的組成比例也基本沒有變化。
該項(xiàng)研究得到了中科院前沿科學(xué)重點(diǎn)研究項(xiàng)目、國(guó)家重大科學(xué)研究計(jì)劃、國(guó)家自然科學(xué)基金等項(xiàng)目的資助。
硫硒化鎘合金納米棒電還原二氧化碳產(chǎn)合成氣示意圖
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