《二氧化碳电化学还原的新策略》

  • 来源专题:可再生能源
  • 编译者: pengh
  • 发布时间:2020-04-15
  • 二氧化碳(CO2)的排放已经成为一个全球性的问题,导致了温室效应对地球的温室效应。因此,有效地将CO2转化为具有附加值的液体燃料是解决CO2排放的重要途径之一,同时也可以缓解不可再生化石燃料日益短缺的问题。

    近年来,二氧化碳的电化学还原反应条件温和、能源效率高,受到世界各国的重视和研究。然而,如何实现大电流密度和高法拉第效率仍然是一个挑战。

    最近,刘教授领导的研究小组从青岛利晟生物能源和生物处理技术研究所(QIBEBT),中国科学院(CAS),发现直接涂层amino-functionalized碳层可以有效地调节SnS non-precious金属催化剂的电子结构,从而加速电子传导的效率和增强吸附能量OCHO *和二氧化碳*,这导致了反应电流密度和甲酸盐产量的增加。

    为提高过渡金属催化剂对CO2电催化还原的催化活性提供了新的策略。

    相关进展发表在《先进能源材料》杂志上。这项工作得到了中国国家自然科学基金和大连清洁能源合作基金国家实验室的支持。

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    • 编译者:郭文姣
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    • 特拉华大学催化科学与技术中心(CCST)的一组研究人员发现了一种新型的两步法来提高二氧化碳(CO2)电解效率,这是一种由电流驱动的化学反应,可以帮助生产有价值的化学品和燃料。 研究小组的研究结果于8月20日星期一发表在《自然催化》杂志上。 研究小组由化学和生物分子工程副教授冯姣和研究生马修·朱尼和卫斯理·吕克组成,他们通过建造一种特殊的三室装置获得了研究结果,这种装置被称为电解槽,利用电力将二氧化碳转化为更小的分子。 与化石燃料相比,电力是一种更经济、更环保的方法,可以驱动化学过程生产商业化学品和燃料。其中包括乙烯(用于生产塑料)和乙醇(一种有价值的燃料添加剂)。 “这种新型电解技术提供了一种新的途径,以令人难以置信的反应速率获得更高的选择性,这是迈向商业应用的重要一步,”焦说,他同时也是CCST的副总监。 而直接的CO2电解是降低二氧化碳的标准方法,焦的团队将电解过程分为两个步骤,将CO2还原为一氧化碳(CO),然后将CO进一步还原为多碳(C2+)产品。焦健说,这种分两部分的方法比标准方法有很多优点。 焦博士说:“通过将这一过程分为两个步骤,我们获得了比直接电解过程更高的多碳产品选择性。”“序贯反应策略可以为设计更高效的二氧化碳利用过程开辟新途径。” 焦健和他的同事、化学和生物分子工程助理教授徐秉俊也在推动焦健的研究。在天津大学的研究人员的合作下,焦和徐正在设计一个系统,通过使用碳中性的太阳能发电来减少温室气体的排放。 焦说:“我们希望这项工作能让人们更多地关注这项有前途的技术,以便进一步研发。”“仍有许多技术挑战有待解决,但我们正在努力解决它们!” ——文章发布于2018年9月25日
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    • 来源专题:中国科学院文献情报先进能源知识资源中心 |领域情报网
    • 编译者:guokm
    • 发布时间:2017-06-16
    • CO 2 的电化学转化可利用波谷电或可再生能源将CO 2 转化成高附加值的化学品或其他液态燃料,是一条能源存储及碳元素循环利用的绿色途径,对人类的可持续发展具有重要意义。然而由于CO 2 的化学稳定性,该分子的活化需要很大的过电位。同时,在电化学还原的条件下,水相中的氢气生成反应(HER)不可避免,这些因素造成CO 2 电化学还原的法拉第效率及选择性很低。目前仅有Cu催化剂能够还原CO 2得到多种C1-C3分子,但产率和选择性极低。还原CO 2至CO仅包含两电子和两质子转移,比较容易实现,因此现阶段的研究多集中在抑制水相中的HER,提高CO 2还原至CO的选择性。Au和Ag是CO 2还原至CO的良好催化剂,通过设计不同的Au、Ag纳米结构,可以抑制其对HER的活性,从而提高对CO 2还原的选择性。 事实上,在水相CO 2的电化学还原中,H2和CO的共析出是非常有利的。具有合适氢碳比的合成气,可直接用于合成甲醇或者通过费-托过程合成化学品。而目前一步电化学还原CO 2至甲醇或其他液态燃料的产率和选择性都极低,后续的产物分离也增加了实际应用成本。包括了水相CO 2还原生产合成气和后续的热化学法生产甲醇或其他液态燃料的两步合成路线将更加可行,并且在电催化材料的选择上可不必局限于具有极低HER活性的Au、Ag等元素。作者发现具有较高HER活性的Pd在电催化还原CO 2的过程中可产生氢碳比为1:1~2:1的合成气,但这与Pd极易在CO的氛围下“中毒”而失活相悖。 哥伦比亚大学陈经广 教授课题组通过 原位X射线吸收精细结构光谱以及原位X射线衍射实验 发现,在电化学还原的条件下(< 0 vs. RHE),HER过程中生成的H原子扩散进入Pd晶格, 原位形成β-PdH 。通过密度泛函理论计算H、CO以及反应中间体HOCO在Pd和PdH的slab模型以及cluster模型表面的吸附能,作者发现这三种分子在PdH表面的吸附能都远低于它们在Pd金属表面的吸附能。反应路径计算结果表明,CO 2通过HOCO中间体生成CO的过程中,由于Pd金属表面对CO的吸附过强,CO脱附的吉布斯自由能变化高达1.2 eV;而在PdH表面,CO脱附的吉布斯自由能变化大大降低(slab模型表面?G= 0 eV;cluster模型表面?G= 0.5 eV)。因此CO在β-PdH表面容易脱附,继续暴露活性表面进行反应。因此作者认为,对于Pd这种特殊的“吸氢”材料,在电化学的还原条件下,原位生成的β-PdH是HER和CO 2还原等反应的活性组分。“吸氢”前后对H和CO的吸附能改变可作为调节反应产物比例的控制因素。