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福建物構所新型非金屬摻雜碳材料催化CO2轉化取得新進展
發布:haige__   時間:2018/8/27 23:29:11   閱讀:2065 
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左圖:文章被選為德國應用化學內封面;右圖:氟摻雜提高碳材料催化CO2轉化性能

使用廉價高效的催化劑對CO2進行資源能源化轉化是實現人工光合成所面臨的一項非常重要的挑戰。從成本和材料的可修飾性考慮,非金屬碳材料具有極強優勢。但是,水系電解液中,碳材料表面的析氫(HER)與CO2還原競爭非常激烈。目前主要的解決方案是通過摻雜氮和硼原子抑制其HER活性,提高其催化CO2還原活性和選擇性,但此類材料的效果與先進貴金屬催化劑之間仍存在差距。發展廉價高效的碳基催化材料實現CO2電催化還原已成為當前研究的熱點之一。

中國科學院福建物質結構研究所王要兵課題組與吳克琛課題組李巧紅副研究員合作,在國家自然科學基金、中科院戰略性先導科技專項、中科院納米與組裝重點實驗室等項目基金的資助下,在新型非金屬氟摻雜碳材料實現高效CO2轉化研究方面取得重要進展。研究發現,氟摻雜能夠調控遠至數個鍵外的碳原子的電子云結構,從而增加碳材料的活性位點數目,并提高其對COOH*中間體的本征吸附能力,抑制了HER中間體的吸附。因此,氟摻雜在提高碳材料對CO2還原的活性(電流密度增強25萬倍)之外,還能有效抑制HER活性(電流密度減小80%)。耦合以廉價高效的氟摻雜碳材料作為陰極的CO2分解池與太陽能電池,可高效利用太陽能將CO2轉化為有經濟價值的化學燃料。該研究為拓寬非金屬碳材料催化劑在CO2轉化中的應用提供了新的思路,為發展廉價高效的人工光合成電極材料提供了重要參考。

該文章的第一作者是謝佳芳助理研究員,共一作者是趙小陶碩士,研究成果發表在Angewandte Chemie International Edition (2018, 57, 9640-9644) (https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/anie.201802055),并被選為期刊內封面。

來源:中國科學院海西研究院網
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