二氧化碳(CO₂)的电化学转化为甲烷(CH4)，不仅可以作为燃料，还可以作为氢的载体，在支持碳捕获和利用方面受到了极大的关注。设计出具有优异的CO₂ 到 CH₄转化效率的活性和选择性电催化剂仍然是一个挑战。

有鉴于此，辛辛那提大学Jingjie Wu和莱斯大学Pulickel M. Ajayan教授、Liang Wang等人，提出了一种分子调控策略——氮掺杂石墨烯量子点(GQDs)的原位胺功能化，以实现高效CO₂ -CH₄转化。

本文要点

1）报道了一个通用的胺功能化策略，以促进CO₂ -CH₄在纳米碳上的转换。

2）在 CH₄ 部分电流密度为 170 和 258 mA cm^-2 时，胺功能化的氮掺杂 GQD 的 CH₄ 法拉第效率 (FE) 分别为 63% 和 46%，接近甚至优于最先进的 Cu -基催化剂。

3）这些 GQD 还可以将 CO₂ 转化为 C2 产物，主要包括 C₂H₄ 和 C₂H₅OH，最大 FE 约为 10%。系统分析表明，CH₄ 产率随胺基含量呈线性变化，而C2产率与吡啶氮掺杂量呈正相关。

总之，该工作为在工业相关水平上合理设计CO₂ -CH₄转化效率的碳催化剂提供了思路。

参考文献：

Ram Manohar Yadav et al. Amine Functionalized Carbon Nanodots Electrocatalysts Converting Carbon Dioxide to Methane. Advanced Materials, 2021.

DOI: 10.1002/adma.202105690

https://doi.org/10.1002/adma.202105690