界面限域效應增強二氧化碳電催化還原

莊 林

(武漢大學化學與分子科學學院，武漢 430072)

界面限域效應增強二氧化碳電催化還原

莊 林

(武漢大學化學與分子科學學院，武漢 430072)

二氧化碳電催化還原，以可再生電能或富余核電等潔凈電能為能源，可以在溫和的反應條件下將二氧化碳一步轉化為一氧化碳、甲酸、碳氫化合物和醇類等高附加值化工原料及化學品，將二氧化碳“變廢為寶”的同時實現了潔凈電能的有效存儲1。當前，設計高效電催化劑來降低過電勢和提高反應選擇性是二氧化碳電催化還原研究中極具挑戰性的熱點課題。

中國科學院大連化學物理研究所催化基礎國家重點實驗室楊帆研究員、汪國雄研究員和包信和院士帶領的研究團隊長期以來致力于二氧化碳的高效電催化轉化2?5以及金屬-氧化物界面限域催化效應研究6?8，已取得了一系列進展。近日，該團隊在金屬-氧化物界面增強的二氧化碳電催化還原上取得新進展，相關研究成果發表在Journal of the American Chemical Society雜志上9。

楊帆、汪國雄和包信和研究團隊基于對金屬-氧化物界面催化限域效應的充分理解，以該團隊提出的“納米限域催化”概念為基礎，設計合成了金屬-氧化物界面結構的碳載Au-CeOx催化劑，在保證不同催化劑中 Au納米粒子尺寸和形貌相同的情況下，研究了 Au-CeOx界面與二氧化碳電催化還原性能的內在關聯。在–0.89 V (vs RHE)時，Au-CeOx催化劑上生成一氧化碳的法拉第效率達到89.1%，遠高于單獨的 Au(59.0%)或 CeOx催化劑(9.8%)，生成一氧化碳的電流密度是 Au的1.6倍。通過構筑 CeOx/Au(111)模型催化劑，利用高分辨掃描隧道顯微鏡和同步輻射能譜進行原位研究，發現 Au-CeOx界面顯著促進了 CO2在 CeOx表界面的吸附與活化，以及水的存在幫助了CeOx表面的還原與表面吸附 CO2物種的穩定。密度泛函理論計算進一步表明在后續的加氫過程中，Au-CeOx界面幫助穩定了關鍵中間物種*COOH，從而促進了 CO的生成和脫附。這種界面增強的二氧化碳電催化還原在 Ag-CeOx催化體系上得到了進一步證實，表明了金屬-氧化物界面限域催化體系在二氧化碳電催化還原中的普適性。

該研究成果首次將界面限域催化應用于二氧化碳高效電催化還原，提供了調控二氧化碳電催化還原性能的新途徑，豐富和拓展了該團隊提出的納米限域催化概念。

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Enhancing CO2Electroreduction with Interfacial Confinement

ZHUANG Lin
(College of Chemistry and Molecular Sciences, Wuhan University, Wuhan 430072, P. R. China)

10.3866/PKU.WHXB201704261 www.whxb.pku.edu.cn