我国科学家设计出新型电催化剂——二氧化碳“变身”液体燃料

中国科学技术大学合肥微尺度物质科学国家实验室谢毅教授、孙永福特任教授课题组设计出一种新型电催化材料，能够将二氧化碳高效“清洁”地转化成液体燃料甲酸，该成果刊登于1月7日的《自然》杂志。

如何更有效地减少空气中的二氧化碳？科学界已经做了很多工作，捕获空气中的二氧化碳已经进入小型工业化阶段。有效利用二氧化碳目前有许多方案，例如使用不同的催化剂，通过光催化、电催化、光电催化和加氢气整合等方式来还原二氧化碳。不同的还原方案会产生不同的产物，比如甲烷、甲酸、甲醛、甲醇等工业原料。现有方案中有些需要采用昂贵的贵金属催化剂，也有些会产生多种类产物，造成后续分离的困难。因此科学界还在不断探索更新更好的方案。

电还原过程是利用电催化剂在外加电场的作用下将二氧化碳转化成不同种类的化学品。这个过程有潜力成为一种“清洁”的为工业提供原本依赖化石燃料合成的化学品的方式，在消耗二氧化碳的同时也产生一些有用的化学品。

不过，二氧化碳的活化一直是这一过程中的瓶颈，往往需要消耗大量的能量。近年来，有报道显示通过金属氧化物还原得到的金属催化剂，比通过其他方法制备的金属的催化活性要高，甚至能将二氧化碳的还原电位降低到热力学的最小值。但是金属表面氧化物对其自身金属的电还原性能的影响机制还不清楚，这主要是因为以前制备的催化剂中含有大量的微结构如界面、缺陷等，这些微结构的存在很容易掩盖住表面金属氧化物对其自身金属催化性能的影响。

谢毅、孙永福课题组设计了一种杂化模型体系用来研究金属表面氧化物对其自身金属电催化性能的影响，研究发现，利用钴和钴氧化物杂化的超薄二维材料能够大幅度地提高其块材原本很低的对二氧化碳的催化还原性能。

研究结果显示，钴在位于特定的排列方法和氧化价态时，具有更高的催化二氧化碳的活性，即超薄二维结构和金属氧化物的存在提高了催化还原二氧化碳的能力。这项研究工作有助于让研究者们重新思考如何获得高效和稳定的二氧化碳电还原催化剂，也对推动电催化还原二氧化碳机理研究具有重要的意义。（记者 佘惠敏 ）