Nano Select:用于电羧化反应的纳米结构电催化剂

二氧化碳(CO2)是一种主要的温室气体,同时还是地球上一种分布广泛、非毒性、可再生的碳源之一。合理利用CO2不仅可以解决温室效应带来的环境问题,同时还可以减轻日渐严重的能源危机问题。电化学羧化是一种清洁、高效的CO2固定方式,它可以将有机物分子以接近100%的原子效率高效转化为高价值的羧酸类有机物,如卤素、烯烃、炔烃、醛和酮类分子。然而,电羧化反应的选择性较低,电催化剂在反应过程中的真实活性位点、几何/电子结构以及电催化活性之间的关系尚不明确。近年来发展迅速的纳米材料由于高的比表面积和丰富的反应活性位点,给电羧化反应带来了新的希望。

湖南大学王双印课题组综述了近年来关于电化学羧化新型反应、相关纳米结构电催化剂设计策略的研究进展。相关成果以“Nanostructured electrocatalysts for electrochemical carboxylation with CO2 “为题发表在国际纳米科学领域新刊Nano Select (DOI: 10.1002/nano.202000001)上。

首先,作者对近年来几种典型的电羧化反应类型的反应机理进行了总结,如卤素、烯烃、炔烃、醛、酮类分子以及无机铵根离子,比较了不同类型电解质、溶剂、反应温度以及电极材料性质对反应活性的影响,通过红外光谱、理论计算等研究方法对有机分子在电催化剂表面的吸附过程进行概括,强调了电催化剂在电羧化反应过程中的重要性。纳米结构的电催化剂被广泛地运用到电羧化的反应中,极大提升了反应的效率以及选择性,鉴于此,文章还总结了近年来高效的纳米结构电催化剂在电羧化领域中的利用,并对反应中的牺牲阳极材料进行了总结。最后,文章对电羧化反应所面临的挑战和亟待解决的问题进行了展望。这一系统的总结性工作,有助于读者更精准地了解电羧化反应的研究动态以及所面临的挑战,对理解电羧化反应和更好设计高效的电羧化反应催化剂提供借鉴。