【儀表網(wǎng) 研發(fā)快訊】近日，中國(guó)科學(xué)院大連化學(xué)物理研究所催化基礎(chǔ)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室碳基資源電催化轉(zhuǎn)化研究組(523組)在一氧化碳(CO)電解制燃料和化學(xué)品方面取得新進(jìn)展，利用催化劑納米顆粒間距離調(diào)控產(chǎn)物選擇性的新策略，實(shí)現(xiàn)了工業(yè)級(jí)電流密度下高選擇性CO電解制乙酸。
 

　　CO電解是串聯(lián)電解CO2制多碳產(chǎn)物(CO2-CO-C2+)反應(yīng)路線中的重要環(huán)節(jié)，但當(dāng)前CO電解難以在工業(yè)級(jí)電流密度下高選擇性生成單一C2+產(chǎn)物。目前的產(chǎn)物選擇性調(diào)控策略主要集中在原子/納米尺度上的催化活性位結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。另一方面，介觀尺度上的物質(zhì)傳輸過(guò)程會(huì)顯著影響催化活性中心附近的反應(yīng)微環(huán)境，對(duì)產(chǎn)物選擇性的調(diào)控同樣至關(guān)重要，但該問(wèn)題在以往研究中經(jīng)常被忽視。
 

　　本工作中，團(tuán)隊(duì)通過(guò)機(jī)械混合不同比例的銅納米顆粒與導(dǎo)電炭黑這一簡(jiǎn)易方法，構(gòu)建了一系列銅納米顆粒間距離可調(diào)(0至226 nm)的模型氣體擴(kuò)散電極，并應(yīng)用于工業(yè)級(jí)電流密度下的堿性CO電解。研究發(fā)現(xiàn)，隨著銅納米顆粒間距離增加，乙烯選擇性不斷降低，同時(shí)乙酸選擇性迅速增加，逐漸成為主導(dǎo)的反應(yīng)產(chǎn)物。數(shù)值計(jì)算結(jié)果表明，相對(duì)于純銅納米顆粒催化劑，利用導(dǎo)電炭黑增加顆粒間距離后，銅納米顆粒的局部CO濃度和局部pH升高，有利于乙酸生成路徑。團(tuán)隊(duì)進(jìn)一步耦合外部反應(yīng)條件(CO壓力和KOH電解液濃度)，實(shí)現(xiàn)了高選擇性CO電解制乙酸。在優(yōu)化反應(yīng)條件下，乙酸法拉第效率和分電流密度分別達(dá)到77.5%和705mA/cm2，乙酸收率最高為82.3%。該研究將在介觀尺度上影響物質(zhì)傳輸?shù)念w粒間距離效應(yīng)拓展到工業(yè)相關(guān)條件下的CO電解反應(yīng)，研究結(jié)果表明顆粒間距離可作為催化反應(yīng)產(chǎn)物選擇性的一種介觀尺度描述符。
 

　　相關(guān)研究成果以“Interparticle Distance Matters for Selectivity Control in Industrially Relevant CO Electrolysis”為題，于近日發(fā)表在《美國(guó)化學(xué)會(huì)能源快報(bào)》(ACS Energy Letters)上。該工作的第一作者是中國(guó)科學(xué)院大連化學(xué)物理研究所所523組已畢業(yè)碩士研究生榮佑文。上述工作得到國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃、國(guó)家自然科學(xué)基金、遼寧省興遼英才計(jì)劃、中國(guó)科學(xué)院大連化學(xué)物理研究所創(chuàng)新基金等項(xiàng)目的支持。