Réduction électrocatalytique du dioxyde de carbone (CO2 ) est considérée comme une stratégie efficace pour atténuer la crise énergétique et l'effet de serre. Parmi les multiples produits de réduction, le CO est considéré comme ayant la valeur marchande la plus élevée car il constitue une matière première cruciale pour le procédé Fischer-Tropsch qui peut synthétiser des hydrocarbures à longue chaîne de grande valeur.
Depuis la réaction de réduction du dioxyde de carbone (CO2 RR) possède des intermédiaires complexes et de multiples processus de transfert d'électrons couplés à des protons, l'amélioration de l'activité de réaction et la sélectivité des produits restent deux grands défis.
Les catalyseurs à atome unique (SAC) présentent les avantages d'une utilisation élevée des atomes, d'une structure de coordination réglable et d'excellentes performances catalytiques. De plus, en raison de la structure électronique spéciale du nickel métallique, il est plus susceptible de perdre des électrons pour former des orbitales D vides les plus externes et présente une activité et une sélectivité élevées pour le CO2. RR pour générer du CO.
Une équipe de scientifiques a résumé les progrès considérables des Ni SAC ces dernières années. Leurs travaux sont publiés dans Industrial Chemistry &Materials. .
"Concevoir de nouveaux catalyseurs pour améliorer l'activité et la sélectivité du CO2 La RR est cruciale pour vaincre le problème de la crise énergétique et de la pollution de l'environnement", a déclaré Yuhang Li, professeur à l'Université des sciences et technologies de Chine orientale, en Chine.
"Dans cette mini-revue, nous avons présenté trois stratégies utilisées pour améliorer les performances catalytiques des Ni SAC, notamment différentes structures de supports, la régulation de la structure de coordination et la modification de la surface. En fin de compte, nous avons également résumé les défis existants des Ni SAC et fourni une perspective sur le développement futur dans ce domaine."
Les SAC réduisent la taille des sites actifs à l'échelle atomique et obtiennent donc en même temps une structure électronique extraordinaire, de puissantes interactions métal-support, des atomes métalliques peu coordonnés et une utilisation maximale des atomes. Par conséquent, l'application des SAC dans le CO2 RR pourrait contrôler efficacement la distribution des produits et réduire le coût de la séparation des produits.
"Certaines recherches basées sur la théorie du champ cristallin ont indiqué que les configurations électroniques des orbitales d des métaux centraux sont importantes pour la sélectivité et l'activité du CO2. RR", a déclaré Li.
"Dans le cas du nickel en tant qu'atome métallique central, il est plus probable qu'il forme l'orbitale d la plus externe vacante pour faciliter le transfert d'électrons entre l'atome de carbone du CO2 et l'atome de Ni. Par conséquent, le CO2 absorbé les molécules peuvent être activées efficacement. Les Ni SAC peuvent également minimiser le potentiel de réaction du CO2 -Conversion du CO, qui est d'une grande importance pour améliorer la sélectivité vers le CO."
"Les Ni SAC ont réalisé des progrès continus ces dernières années. D'un point de vue microscopique, les stratégies de conception incluent le choix de différents substrats, la régulation de la structure de coordination et la modification de la surface du catalyseur. La structure électronique du centre actif est le facteur le plus crucial affectant le catalyseur. performance", a déclaré Li.
Il existe encore un énorme potentiel pour les Ni SAC dans les conceptions et applications futures. Une modulation précise de la microstructure fournit davantage de sites actifs et améliore donc encore les performances des Ni SAC. L'optimisation des cellules électrolytiques et le développement d'un plus grand nombre de types d'électrolytes peuvent élargir la gamme d'applications des Ni SAC et permettre une commercialisation à grande échelle dans le futur.
En outre, les chercheurs pensent que le développement de techniques davantage in situ pour mieux comprendre la relation entre la structure et les propriétés des matériaux peut fournir des conseils précieux pour la conception de SAC Ni de plus grande valeur.
"Dans cette mini-revue, notre objectif principal est de fournir aux lecteurs les progrès actuels de la recherche sur les Ni SAC dans le CO2 RR et pour montrer nos connaissances sur la conception et l'application de catalyseurs à un seul atome", a déclaré Li.
L'équipe de recherche comprend Ziyan Yang, Rongzhen Chen, Ling Zhang, Yuhang Li et Chunzhong Li de l'Université des sciences et technologies de Chine orientale.
Plus d'informations : Ziyan Yang et al, Progrès récents dans les catalyseurs à un seul atome de nickel pour l'électroréduction du CO2 au CO, Chimie Industrielle &Matériaux (2024). DOI :10.1039/D3IM00109A
Fourni par Chimie Industrielle &Matériaux
