记者12日从中国科学技术大学获悉，该校高敏锐教授课题组和俞书宏院士团队设计了系列具有“富集”效应的纳米催化剂，成功实现了二氧化碳到目标产物的高选择性转化。相关成果日前在线发表在《德国应用化学》和《美国化学会志》杂志上。
二氧化碳转化技术不仅能够降低大气中的二氧化碳浓度，同时还可以得到诸多高附加值的碳基燃料。电催化二氧化碳还原技术具有可在常温常压下进行，能够实现人为闭合碳循环等优点，为当前可再生能源的利用和化学燃料合成提供了一种具有应用前景的方法。通过更高效催化剂的理性设计与可控合成，并结合催化机制理解，从而实现二氧化碳电还原技术走向工业化应用成为研究重点与难点。
研究人员提出纳米针尖的“近邻效应”促进二氧化碳电还原过程，通过智能微波反应器的高通量筛选，制备了硫化镉纳米针阵列结构。研究发现随着针尖之间距离的逐渐减小，钾离子富集会不断增强。流动电解池测试表明，这种多纳米针尖硫化镉催化剂由于“近邻富集效应”，其性能大大优于其他过渡金属硫属化物电催化剂。该成果在线发表在《德国应用化学》杂志上，并被选为“卷首插画”论文。
在利用纳米多针尖的“近邻效应”实现对目标离子的富集的基础上，科研人员进一步提出利用纳米空腔的“限域效应”来富集反应中间体，实现二氧化碳到多碳燃料的高效率转化。研究成果发表在《美国化学会志》上。
以上研究成果表明了二氧化碳电还原反应中催化剂纳米结构设计对催化性能的重要影响，纳米尺度“富集效应”可有效增强关键中间体的吸附，从而推动反应高效率运行。这种新的设计理念为今后相关电催化剂的设计和高附加值碳基燃料的合成提供了新的思路。
