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科技日?qǐng)?bào)記者 吳長(zhǎng)鋒
26日，記者從中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)獲悉，該校國(guó)家同步輻射實(shí)驗(yàn)室宋禮教授與何群特任副研究員團(tuán)隊(duì)，提出對(duì)分子型金屬鎳位點(diǎn)上發(fā)生二氧化碳電還原反應(yīng)機(jī)理的新認(rèn)識(shí)。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(chǔ)和二氧化碳負(fù)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(qiáng)的化學(xué)鍵強(qiáng)和競(jìng)爭(zhēng)性氫氣析出反應(yīng)的發(fā)生，實(shí)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(guò)電位，但其高成本和低電流密度限制了實(shí)際利用潛力。因此，開發(fā)低過(guò)電位、高電流密度、儲(chǔ)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(wèn)題，研究人員提出一種分子型不對(duì)稱二氮配位鎳單位點(diǎn)催化劑。利用位點(diǎn)的不飽和與不對(duì)稱特性，實(shí)現(xiàn)在電化學(xué)過(guò)程中的結(jié)構(gòu)自優(yōu)化，進(jìn)而提升位點(diǎn)在電化學(xué)還原二氧化碳中的本征活性。在研究中，研究團(tuán)隊(duì)設(shè)計(jì)合成了一種具備二氮配位的分子型鎳單位點(diǎn)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)。
中國(guó)科大供圖
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(diǎn)的局域配位結(jié)構(gòu)。電化學(xué)測(cè)試結(jié)果表明，二氮配位的分子型鎳單位點(diǎn)催化劑在中性和堿性電解液中都可以實(shí)現(xiàn)非常高的電化學(xué)性能。尤其是堿性中，超過(guò)大多數(shù)已報(bào)道的催化劑。
理論計(jì)算研究也表明，在電化學(xué)過(guò)程中形成的單一氧化碳吸附鎳單位點(diǎn)上能夠更好地實(shí)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(jī)理。?
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