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。

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