Small Methods: 钴修饰的铜薄膜电极电催化还原二氧化碳制甲酸

以二氧化碳为代表的温室气体的大量排放造成的全球变暖现象在近年来受到了大量的关注,科研人员们在减少二氧化碳的问题上做出了大量的努力。其中包括了高效地使用可再生能源、二氧化碳的分离和捕获以及使用电化学、光化学和光电化学的方法来转化二氧化碳等等。而当这些过程当中能生产高附加值的产物时则会吸引到更多的兴趣。目前为止,电催化还原二氧化碳是这一方面最具前景的技术手段,而其中电极材料在其中扮演着关键的角色。铜基材料是目前为止唯一一种可以催化二氧化碳还原产生多种碳氢化合物的电极材料。但是,铜基材料催化的二氧化碳一般有还原产物种类较多、反应速率较慢和过电势较大等问题。所以,如何提高反应效率和产物选择性,是设计电催化二氧化碳还原催化剂的关键。

近日,南洋理工大学徐梽川教授课题组报道了一种钴修饰的铜薄膜电极,这种电极在电催化二氧化碳还原时对甲酸的选择性有着明显的提高。这种催化剂是通过将钴电镀在铜表面然后分别在氩气和空气中热处理制备得到的。在0.1 M的KHCO3电解液里且施加-0.65 V (vs. RHE)电压时,它在催化二氧化碳还原制时生成甲酸的法拉第效率可以达到80%左右。通过密度泛函理论计算得知,当电镀上适量钴时,铜钴合金可以抑制电催二氧化碳还原反应时伴随的析氢反应,从而提高了对甲酸的选择性。当没有电镀或者电镀上过量钴时,电极对甲酸的选择性都明显的降低。同时,当催化剂没有经过空气或者氩气处理时,对甲酸的选择性也会有一定程度的降低。

综上所述,此研究提供了一种制备电催化还原二氧化碳制高附加值产物的电极的简易方法。相关工作以通讯论文形式发表在Small Methods (DOI: 10.1002/smtd.201900362)上。