高效电催化还原CO2制醇燃料

随着人们对能源需求的不断增加,大量化石燃料的消耗导致大气中的CO2浓度升高。而CO2能够将太阳能聚集在地球大气中,形成温室效应,造成全球气候变暖。为了解决温室效应,人们已经进行了广泛的研究努力以开发用于捕获CO2并将其封存或利用的技术。

目前,已经报道了多种将CO2转化为其它碳化合物的途径,包括化学重整、光化学、生物和电化学方法等。其中,电化学方法可以与清洁可持续的能源相结合,将CO2电化学还原成各种化学物质和燃料,为环境和能源的可持续性提供了有吸引力的途径。

近日,电子科技大学孙旭平教授(点击查看介绍)等人合成了Ti网上长有FeP纳米阵列(FeP NA/TM)的催化剂,该催化剂可作为高效的3D催化剂电极用于CO2还原反应,并高选择性将CO2转化为醇。

高效电催化还原CO2制醇燃料

图1. XRD、SEM、TEM、HRTEM和mapping图。

高效电催化还原CO2制醇燃料

图2. 电化学性能图

实验发现,在-0.20 V时(相对于可逆氢电极),0.5 M KHCO3中,FeP NA/TM能够实现高达80.2%的高法拉第效率(FECH3OH),总的FECH3OH+C2H5OH高达94.3%。

高效电催化还原CO2制醇燃料

图3. FeP(211)晶面上CO2还原过程的自由能图

密度泛函理论计算表明,由于两个相邻的Fe原子的协同作用,FeP(211)表面显著促进了CO2的吸附和进一步还原转化为CH3OH,电位确定步骤(PDS)是*CO的加氢过程,自由能为0.76 eV。


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