Conversion électrochimique du dioxyde de carbone (CO 2 ) en carburants et matières premières à valeur ajoutée, idéalement si alimenté par de l'électricité renouvelable, offre une voie pour réduire les émissions de gaz à effet de serre et fermer simultanément la boucle du carbone. Maintenant, la conception rationnelle et la synthèse contrôlable de catalyseurs plus performants, combinée à la compréhension du mécanisme catalytique, afin de réaliser l'application industrielle du CO 2 la technologie de réduction électrique est devenue l'objectif et la difficulté de la recherche.

Récemment, une équipe dirigée par le professeur YU Shuhong et le professeur GAO Minrui de l'Université des sciences et technologies de Chine (USTC) de l'Académie chinoise des sciences (CAS) a développé une stratégie de chauffage par micro-ondes pour synthétiser une nanostructure de chalcogénure de métal de transition qui catalyse efficacement le CO 2 électroréduction en monoxyde de carbone (CO). Ces résultats ont été publiés dans Angewandte Chemie et le Journal de l'American Chemical Society .

Un défi considérable dans la conversion du CO 2 en carburants utiles provient de l'activation du CO 2 au CO 2 - ou d'autres intermédiaires, qui nécessite souvent de précieux catalyseurs métalliques, surtensions élevées, et/ou les additifs électrolytiques (par exemple, liquides ioniques).

Dans cette étude, les chercheurs ont signalé une stratégie de chauffage par micro-ondes pour synthétiser une nanostructure de chalcogénure de métal de transition qui catalyse efficacement le CO 2 électroréduction en CO. Ils ont atteint un record de CO 2 -courant de conversion CO de 212 mA cm ^-2 à une sélectivité de ~ 95,5% et un potentiel de -1,2 V par rapport à une électrode à hydrogène réversible (RHE) dans une configuration de cellule à écoulement en utilisant les réseaux de nanoaiguilles de sulfure de cadmium (CdS) comme électrocatalyseurs.

Des études expérimentales et informatiques ont montré que le catalyseur nanostructuré CdS à haute courbure avec un effet de proximité prononcé donne lieu à une grande amélioration du champ électrique, qui peut concentrer les cations de métaux alcalins et ainsi augmenter le CO 2 efficacité d'électroréduction.

En plus d'utiliser "l'effet voisin" de la pointe nano multi-aiguilles pour réaliser l'enrichissement des ions cibles, Le groupe du professeur GAO Minrui et l'équipe de l'académicien YU Shuhong ont en outre proposé d'utiliser "l'effet de zone confinée" de la nanocavité pour enrichir les intermédiaires de réaction et réaliser la conversion à haute efficacité du CO 2 aux carburants multi-carbone.

Les résultats ont introduit une voie de confinement simple pour le nouveau CO 2 réaction de réduction (CO 2 RR) conception du catalyseur. Le confinement spatial des intermédiaires carbonés générés in situ dans les cavités Cu2O s'est avéré suffisant pour empêcher la réduction de Cu+ sous CO 2 RR et pour stabiliser l'état d'oxydation du Cu.

Ils ont montré expérimentalement que le Cu tel que conçu 2 O avec multi-cavités donne C 2 ⁺ composés avec une efficacité faradique de plus de 75% et un C 2 ⁺ densité de courant partielle de 267 ± 13 mA cm ^-2 . Ces notables C 2 ⁺ la production permise par le catalyseur démontré ici a suggéré une voie de structuration matérielle pour augmenter le CO 2 Activité RR et sélectivité pour les carburants à valeur ajoutée à base de carbone alimentés par des énergies renouvelables.

La recherche montre que la conception de la nanostructure du catalyseur dans le CO 2 La réaction d'électroréduction a un impact important sur les performances catalytiques. L'"effet d'enrichissement" à l'échelle nanométrique peut améliorer efficacement l'adsorption d'intermédiaires clés, favorisant ainsi le fonctionnement efficace de la réaction. Ce nouveau concept de conception fournit de nouvelles idées pour la conception d'électrocatalyseurs associés et la synthèse de carburants à base de carbone à haute valeur ajoutée dans le futur.