《應用催化B-環境》發表耀世平台研究團隊在電催化CO2還原領域最新研究成果
近日♾🧢，耀世平台環境科學與工程學院喬錦麗教授團隊在電催化CO2還原領域取得重要進展👩❤️💋👨，相關成果以《自生長於氮摻雜碳布具有三維分級蜂窩狀的銅錫雙金屬催化電極高效用於電化學還原二氧化碳》(Self-growing Cu/Sn Bimetallic Electrocatalysts on Nitrogen-Doped Porous Carbon Cloth with 3D-Hierarchical Honeycomb Structure for Highly Active Carbon Dioxide Reduction. Applied Catalysis B: Environmental 2019)為題🦹🏿♀️，被國際環境領域著名期刊《Applied Catalysis B: Environmental》（影響因子14.229）接收🍍。該論文第一作者為環境科學與工程學院博士生彭蘆葦🤜。
（自生長電極的製備流程圖及催化CO2機理圖）
CO2電化學還原成高附加值的燃料和化學品被認為是緩解環境問題（全球變暖和氣候變化）和儲存間歇性可再生能源（風能和太陽能）的有效途徑。然而，從技術和經濟角度將二氧化碳直接轉化為碳氫化合物需要開發高選擇性💼，高活性和高穩定性的電催化劑。其中，銅基催化劑可將CO2還原為多價碳氫化合物✏️，如一氧化碳, 甲酸, 甲烷, 乙烯以及乙醇等，但較差的穩定性以及較低目標產物的法拉第效率總是無法避免的。錫基催化劑被廣泛認為在CO2電化學還原領域具有較高目標產物的法拉第效率，通常高於80%🙅🏼，即使在高過電勢的情況下👴🏼，錫基催化劑的活性並不是很理想🧖🏿♀️🌙，通常電流密度較小。因此如何避免銅基和錫基催化劑的缺點並充分發揮二者的優點是一個亟待解決的問題🖕🏽。
課題組針對此問題開展了相關研究，成功合成了生長於氮摻雜碳布上具有3D-蜂窩狀結構的銅錫合金催化電極。該電極獨特的形貌和缺陷位不僅有利於電解液的擴散，還可以作為特定空間用於限域CO2還原中間體, 同時為CO2還原提供更多的活性位點。基於此，CO2可跟隨著電解液流入這種孔結構被充分還原，同時產物也可跟隨電解液流出🚵🏿♀️。另外🤲🏽，高導電性的氮摻雜碳布作為導電基底，有利於電子在基底和金屬催化劑之間的界面有效傳導🥇✋。
（碳酸氫鉀濃度影響圖）
論文第一作者彭蘆葦告訴記者，從不斷的實驗積累發現到探索其背後的科學研究價值，這是在無數次嘗試、無數次積累後👩🏼🔬，課題組取得的一次特別寶貴的收獲，激發大家更多的研究能量和堅持♥️。課題組通過合理的實驗設計、反復的試驗與驗證，率先從生長基底（碳布）角度出發，成功改善了生長基底的導電性及“鉚定作用”和獨特的“限域”作用🚊，同時也解釋了催化電極的失活機理及反應進行中電極表面的氧化還原態。此外👨🏽🍳，由於本領域關註大多在電極性能的提高，鮮有研究工作關註電解液的影響，因此團隊對電解液濃度進行了探究🔬，證實了電解液濃度的不同對促進3D-蜂窩狀結構銅錫電極電催化CO2還原具有重要影響🤾🏿。此篇工作是喬錦麗教授課題組本年度第5篇影響因子超過10（IF>10）的研究論文。該項工作得到了國家基金委重大計劃和上海市科學委員會基礎重點項目的支持🧑。
