科学家制备出效率达93％电还原二氧化碳催化剂

《科学日报》(记者吴长锋)记者近日从中国科技大学获悉，该校化学与材料科学学院曾杰教授和合肥国家微尺度材料科学研究中心的研究小组，利用掺杂不同镍含量的二氧化锡纳米片作为催化剂，实现了二氧化碳高效电还原为甲酸和一氧化碳。镍掺杂二硫化锡纳米片催化剂在二氧化碳电还原反应中表现出高活性和高稳定性。该结果最近发表在《德国应用化学杂志》上。

二氧化碳分子的活化一直是二氧化碳电催化还原的研究难点。因为在标准条件下，二氧化碳分子在水溶液中被活化成二氧化碳阴离子所需的标准电极电势相对于标准氢为-1.9。一般来说，二氧化碳分子的活化涉及到电子从催化剂向二氧化碳分子的转移，这一过程与催化剂的电子结构密切相关。因此，二氧化碳分子的有效活化可以通过调节催化剂的电子结构来实现。

基于这一想法，研究人员通过在两层原子厚度的二硫化锡纳米片的基础上调整引入的镍含量，获得了不同的镍掺杂二硫化锡纳米片催化剂。适当镍含量的二硫化锡纳米片催化剂可以有效活化二氧化碳分子，从而提高二氧化碳的电催化还原性能。在二氧化碳的电催化还原中，对于5%镍掺杂的二硫化锡纳米片，在-0.9标准氢电势的电压下，将二氧化碳还原成有效碳产物的法拉第效率高达93%。

本工作不仅制备了高效的镍掺杂二硫化锡纳米片作为二氧化碳电催化剂，而且为电催化剂的合理设计提供了一种方法。