今日连发2篇Science:把CO2还原进行到底!
微著 催化计 2020-02-13

CO2还原是当今能源界和环境界的重大议题,发展低成本、高效率,具有实际技术、经济和操作可行性的CO2还原制高价值化学品技术,显得至关重要。

 

2020年2月7日,Science连续发表2篇研究论文,报道了CO2还原领域的最新进展。第一篇来自加拿大多伦多大学的Edward H. Sargent 和David Sinton团队,报道了如何解决气体扩散问题以提高多碳产物产率的问题;另一篇来自美国伦斯勒理工学院Miao Yu课题组,报道了如何通过分子筛膜避免CO2制甲醇的副反应以提高选择性的问题。

 

下面,我们对两项成果作简要介绍,希望对相关领域研究人员有所启发。

 

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1. Science:高效电解CO2生成多碳产物

CO2电解转化为有价值的燃料和原料是CO2转化的有效途径。然而,由于气体通过液体电解质扩散到催化剂表面的限制,导致产率往往不高。有鉴于此,加拿大多伦多大学的Edward H. Sargent 和David Sinton团队设计了一种新型催化剂:离聚物本体异质结(CIBH)结构。

 

CIBH包含金属和具有疏水、亲水功能的超细离聚物层,这种新型的催化剂可将气体,离子和电子的传输解耦,气体和离子的传输范围从数十纳米扩展到微米级。通过此策略,研究人员在7 M KOH电解液(pH≈15)中,在铜上实现了CO2的高效电解还原。在45%的阴极能量效率下,乙烯分流密度可达1.3 A/cm2


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参考文献:

F. Pelayo García deArquer et al. CO2  electrolysis tomulticarbon products at activities greater than 1 A cm-2, Science,2020

DOI:10.1126/science.aay4217.

https://science.sciencemag.org/content/367/6478/661

 

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2. Science:分子筛膜增强CO2还原制甲醇选择性

CO2还原制甲醇的技术中,往往会因为CO2等原料气体中带有水而发生副反应,导致目标产物选择性不高。有鉴于此,美国伦斯勒理工学院Miao Yu课题组报道了一种NaA晶态分子筛膜,可以避免CO2制甲醇的水有关的副反应以提高选择性。

 

研究表明,这种NaA分子筛膜具有精确的导水纳米通道,可以使水有效地通过,而H2,CO和CO2等气体无法通过。基于这一原理,研究人员实现了CO2制甲醇的高选择性。实际上,这项研究的核心在于,这种分子筛的合理设计,因为水分子的动力学枝直径(0.26 nm)和H2(0.29 nm)等小分子的动力学直径非常相近。研究人员采用的策略,主要是基于Na+的门控效应,Na+位于8个氧环中,对于分子筛的有效尺寸调节起到了关键作用。


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参考文献:

Huazheng Li et al. Na+-gatedwater-conducting nanochannels for boosting CO2 conversion to liquid fuels.Science 2020, 367, 667-671.

https://science.sciencemag.org/content/367/6478/667



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