我科學(xué)家設(shè)計(jì)新型電催化劑將二氧化碳轉(zhuǎn)化為液體燃料

中國(guó)經(jīng)濟(jì)網(wǎng)北京1月7日訊（記者佘惠敏）中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)合肥微尺度物質(zhì)科學(xué)國(guó)家實(shí)驗(yàn)室謝毅教授、孫永福特任教授課題組設(shè)計(jì)出一種新型電催化材料，能夠?qū)⒍趸几咝А扒鍧崱钡剞D(zhuǎn)化成液體燃料甲酸，該成果刊登于1月7日的《自然》雜志。

如何更有效地減少空氣中的二氧化碳？科學(xué)界已經(jīng)做了很多工作，捕獲空氣中的二氧化碳已經(jīng)進(jìn)入小型工業(yè)化階段。有效利用二氧化碳目前有許多方案，例如使用不同的催化劑，通過(guò)光催化、電催化、光電催化和加氫氣整合等方式來(lái)還原二氧化碳。不同的還原方案會(huì)產(chǎn)生不同的產(chǎn)物，比如甲烷、甲酸、甲醛、甲醇等工業(yè)原料。現(xiàn)有方案中有些需要采用昂貴的貴金屬催化劑，也有些會(huì)產(chǎn)生多種類產(chǎn)物，造成后續(xù)分離的困難。因此科學(xué)界還在不斷探索更新更好的方案。

電還原過(guò)程是利用電催化劑在外加電場(chǎng)的作用下將二氧化碳轉(zhuǎn)化成不同種類的化學(xué)品。這個(gè)過(guò)程有潛力成為一種“清潔”的為工業(yè)提供原本依賴化石燃料合成的化學(xué)品的方式，在消耗二氧化碳的同時(shí)也產(chǎn)生一些有用的化學(xué)品。

不過(guò)，二氧化碳的活化一直是這一個(gè)過(guò)程中的瓶頸，往往需要消耗大量的能量。近年來(lái)，有報(bào)道顯示通過(guò)金屬氧化物還原得到的金屬催化劑，比通過(guò)其它方法制備的金屬的催化活性要高，甚至能將二氧化碳的還原電位降低到熱力學(xué)的最小值。但是金屬表面氧化物對(duì)其自身金屬的電還原性能的影響機(jī)制還不清楚，這主要是因?yàn)橐郧爸苽涞拇呋瘎┲泻写罅康奈⒔Y(jié)構(gòu)如界面、缺陷等，這些微結(jié)構(gòu)的存在很容易掩蓋住表面金屬氧化物對(duì)其自身金屬催化性能的影響。

謝毅、孫永福課題組設(shè)計(jì)了一種雜化模型體系用來(lái)研究金屬表面氧化物對(duì)其自身金屬電催化性能的影響，研究發(fā)現(xiàn)，利用鈷和鈷氧化物雜化的超薄二維材料能夠大幅度地提高其塊材原本很低的對(duì)二氧化碳的催化還原性能。

研究結(jié)果顯示，鈷在位于特定的排列方法和氧化價(jià)態(tài)時(shí)，具有更高的催化二氧化碳的活性，即超薄二維結(jié)構(gòu)和金屬氧化物的存在提高了催化還原二氧化碳的能力。這項(xiàng)研究工作有助于讓研究者們重新思考如何獲得高效和穩(wěn)定的二氧化碳電還原催化劑，也對(duì)推動(dòng)電催化還原二氧化碳機(jī)理研究具有重要的意義。