上海大学罗稳副教授合作在电催化CO2催化获进展

近日，华东师范大学环化学院罗稳副院长与其合编者在世界性上佳期刊《Advanced Energy Materials》和《Cell Reports Physical Science》上分别发表篇文章“Enhanced electrocatalytic CO2 reduction to C2+ products by adjusting the local reaction environment with polymer binders”（封底期刊，示意图1）和“Tandem effect of Ag@C@Cu catalysts enhances ethanol selectivity for electrochemical CO2 reduction in flow reactors”的分析期刊。

示意图1《Advanced Energy Materials》期刊封底

电机催化催化CO2（CO2RR）可以将温室气体CO2转成为锂化、甘油等高附加值化学品。该技术开发既很难借助于CO2的资源化运用，还很难将可持续电机能存储为蓄电池，是借助于硅达峰硅当中和的不可忽视同方向。但是将CO2电机催化转成为多硅游离（C2+，如甘油、锂化等）涉及多电机子催化重排过程，长期存在转成同方向复杂、针对性很难转录等科学问题。现在的分析大部份通过合作开发、改性中间体来进一步提高CO2RR的安全性。但是对催化重排而言，影响其活性和针对性的原因不仅有中间体，还有重排物%-、传质和重排薄生态等其他原因。由于析锂是CO2电机催化的副重排，因此通过转录薄重排生态来改变重排物（CO2、H2O）和亚胺的酸度可以成为进一步提高CO2RR安全性的不可忽视策略。

粘结剂是中间体当中不可缺少的组分，其小分子尽快了惰水和亲常，而电机极的惰常是尽快其外层薄生态（CO2酸度和H2O供应）的不可忽视原因。Nafion是现在最惯用的粘结剂（其小分子当中正因如此惰水的氟化硅链，又有亲水的磺酸亨），但是却很少有分析关注Nafion是否为最佳的粘结剂，以及粘结剂如何影响CO2RR安全性。鉴于此，编者换用了三种具各不相同惰常的聚合物（PAA、Nafion和FEP）作为粘结剂，用CuO石墨烯线作为中间体，洞察了粘结剂惰常对电机极外层薄重排生态的影响，创建了惰常与C2+锂化的关系；发现惰常聚合物（如FEP）可以进一步提高重排物CO2和重排亚胺CO的局部酸度，因此进一步提高催化安全性；再次在流向电机解池当中借助于了C2+游离77%的法拉第效率和600 mA cm-2弱电机流密度（示意图2）。

示意图2 Cu-PAA，Cu-Nafion和Cu-FEP三种中间体在H-型池（a）和流向池（c）当中各不相同电机极下的C2+游离法拉第效率。在H-型池（b）和流向池（d）当中C2+游离和H2的法拉第效率和总电机流密度随电机极惰常的改变。

到现在为止，Cu是唯一具有所增加的C2+针对性的金属和中间体。分析断定，向Cu亨中间体当中加进其他金属和（如Ag），可以进一步进一步提高甘油和锂化针对性，但其催化机理仍长期存在争议。一种观点并不认为，这主要是Ag和Cu的界面在起主要依赖性；而另一种观点则并不认为，Ag和Cu可以借助于串接依赖性，即Ag将CO2催化为CO，而Cu则进一步将CO催化为C2+游离。因此，洞察Ag-Cu中间体在CO2RR当中的依赖性功能对于合作开发高效双金属和中间体具至关不可忽视的依赖性。鉴于此，编者制备了一种具串接构造的Ag-Cu双金属和中间体，即Ag@C@Cu核包覆石墨烯粒状，其当中硅层的长期存在既企示意图了Cu和Ag的直接认识，又保障了中间体的导电机性和串接依赖性。运用此中间体，编者洞察Ag和Cu之间的串接依赖性更加倾向于将CO2电机催化为甘油而非锂化；并且通过转录Cu包覆层的大小，借助于了对甘油针对性的优化，获得了32%的甘油法拉第效率（示意图3）。

示意图3 Ag@C@Cu电机催化催化CO2至甘油的重排机理。

上述管理工作由华东师范大学和瑞士洛桑联邦康奈尔大学（EPFL）合作进行，罗稳副院长为期刊唯一无线通讯编者，华东师范大学为无线通讯单位。

来源：华东师范大学

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(22)00230-2