通讯作者：朱庆宫；韩布兴 通讯单位：中国科学院化学研究所 甲醇是一种非常理想的二氧化碳电还原产品，因为它具有广泛的工业应用。然而，高性能的CO2制甲醇电催化剂的开发仍然具有挑战性。 基于此，中国科学院化学研究所韩布兴院士研究团队报告了一种操作简单的原位双掺杂策略来构建高效的CO2电催化还原为甲醇的电催化剂。在以1-丁基-3-甲基咪唑四氟硼酸盐/水为电解质的H型电池中，以Ag,S-Cu2O/Cu为电催化剂时，甲醇的法拉第效率(FE)可达到67.4%，电流密度高达122.7 mA cm-2。
相关工作以“In situ dual doping for constructing efficient CO2-to-methanol electrocatalysts”为题发表在国际著名期刊Nature Communications上。
图2.Ag,S-Cu2O/Cu电催化剂的高CO2制甲醇性能。 要点1. 研究人员采用阳离子(Ag、Au、Zn、Cd)掺杂和阴离子(S、Se、I)掺杂研究了Cu2O/Cu基体中双掺杂对CO2电还原为甲醇反应性能的影响。 要点2. 以Ag和S双掺杂为例，在主体(Cu2O/Cu)界面结构中杂原子(Ag和S)附近的Cu原子可以有效地作为甲醇生产的活性中心。密度泛函理论(DFT)计算表明，阴离子S能有效地调节相邻Cu原子的电子结构和形态，促进了*CO生成*CHO，而阳离子Ag主要增加了HER的反应势垒。催化剂的协同作用增强了CO2RR合成甲醇的能力。 要点3. 在离子液体(IL)1-丁基-3-甲基咪唑四氟硼酸盐/水电解质中，Ag和S共掺杂Cu2O/Cu (Ag,S-Cu2O/Cu)催化剂在电势为-1.18 V vs 可逆氢电极(RHE)时，电流密度为122.7 mA cm-2时，最大甲醇FE值为67.4%。当FE大于50%时，催化剂的电流密度低于50 mA cm-2。 该工作为设计高效的CO2电还原制甲醇催化剂开辟了道路。
图3. 负离子双掺杂效应。
图4. Ag,S-Cu2O/Cu表面CO2还原的理论研究。 链接： https:///10.1038/s41467-022-29698-3 |
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