東京理科大學開發用于CO2電催化還原催化劑的新型TiO2載體

將大氣中的CO2轉化為CO、甲酸和甲醇等有價值的產品被認為是緩解全球變暖有前景的方法,而且還有經濟性。利用傳統的催化劑(鉛、銀、錫、銅、金等負載于導電的碳上)作為電極材料,通過電催化還原將CO2選擇性轉化是方法之一,但問題是,在電催化過程中,電極在高堿性環境中往往導致催化劑載體分解,這點值得關注。為了解決這一問題,高效還原CO2,東京理科大學研究生院和科學技術研究所的Kai Takagi先生和Chiaki Terashima教授領導的一個研究小組,最近開發了一種基于TiO2粉末(一種常用于防曬霜、油漆、涂料、牙膏、塑料、紙張、藥品和食品著色的化合物)代替傳統碳載體的催化劑。

研究人員首先使用安全廉價的離子液體對TiO2進行表面處理改善其電化學性能,離子液體處理后的TiO2顆粒形狀和晶體結構保持不變,此外,TiO2界面鍵合狀態和電化學性質的元素分析和評價結果表明,源自TiO2的Ti4+和Ti3+的氧化還原峰消失,氫過電壓降低。然后以TiO2為載體、負載的銀納米顆粒(AgNPs)為催化劑,開發了一種氣體擴散電極,用于CO2還原。雖然未經處理的TiO2對CO和炭黑具有很好的選擇性,但離子液體處理后的TiO2(含40% AgNPs)氫氣產量更高,催化性能更好。

合成氣被認為是具有很高工業價值的清潔燃料,由于該技術的H2與CO比例合適,因此將CO2轉化為合成氣的潛力巨大,這對CO2高效還原非常重要。此外,CO2的電催化還原可與太陽能或風能等可再生能源相結合,通過可持續、綠色轉化,可有效應對溫室氣體排放和氣候變化。