Nat. Commun.:具有类金活性类铜选择性的杂原子过渡金属碳化物用于电催化二氧化碳还原反应
芣苢 西瓜 2021-08-20

电化学二氧化碳还原反应 (eCO2RR) 的首要挑战是找到一种地球上丰富的、高活性的催化剂,可以在相对较低的过电位下选择性地产生碳氢化合物。近日,伊利诺伊理工学院Mohammad Asadi,劳伦斯伯克利国家实验室David Prendergast等报道了二维过渡金属碳化物类材料的 eCO2RR 性能。

本文要点:

1实验结果表明,在 3 M 氢氧化钾和 2 M 氯化胆碱的混合电解质中,碳化二钨 (W2C) 纳米薄片的最大甲烷 (CH4) 电流密度为 -421.63 mA/cm2,CH4 法拉第效率为 82.7% ± 2%。

2由三结光伏电池供电,作者展示了一种流动电解槽,该电解槽在一个阳光照射下使用加湿的 CO2 在 700 小时的过程中产生 CH4,CO2RR 能效约为 62.3%,太阳能燃料效率为 20.7% 。

3密度泛函理论计算表明,水的解离、CO2 的化学吸附和 C-O 键的断裂,这些在其它催化剂(如铜)中最耗能的基本步骤,在 W2C 表面几乎是自发的。这使得吸附的 CO(一种重要的反应中间体)的瞬时形成以及钨表面位点附近的质子不断供应,这是观察到的优异活性、选择性和小电位的主要原因。

该工作为以二氧化碳为原料,低成本、可持续地大规模生产可随时随地使用的燃料开辟了新的方向。

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Mohammadreza Esmaeilirad, et al. Gold-like activity copper-like selectivity of heteroatomic transition metal carbides for electrocatalytic carbon dioxide reduction reaction Nat. Commun., 2021

DOI: 10.1038/s41467-021-25295-y

https://www.nature.com/articles/s41467-021-25295-y

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