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非铜基催化剂高效催化CO2电化学还原为甲烷
2020-09-21 11:15:17来源:元素商城

二氧化碳的还原可以制备一系列化学品,包括CO、甲酸以及较高能量密度的有机物(如乙烯、乙醇、乙烷、甲烷等),将二氧化碳还原为化学品和燃料,是一种洁净、环境友好型再生能源方法。近日,德国《应用化学》发表了二氧化碳电催化还原制备甲烷的最新研究成果,我国科研人员制备了一种非铜基催化剂——酞菁钴(CoPc)和锌—氮—碳(Zn-N-C)串联催化剂,能够有效地将二氧化碳电化学还原为甲烷。

二氧化碳还原包括生物法、光催化法、电催化法等,相比于前两种方法,电化学催化还原CO2在常温常压下就可实现,具有操作简便、易于控制,通过改变电解条件即可有效控制产物的选择的优点。

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设计合成高效、稳定及具有高度选择性的催化剂是电还原CO2反应的关键,目前,金属及其氧化物是最常见的CO2电催化材料,其中铜基催化剂能表现出最优异的多碳产物选择性,但铜基催化剂中一价铜活性中心易在反应条件下被还原而失活。发展非铜催化剂电催化还原二氧化碳制碳氢化合物是一个值得探索的研究课题也是当前该领域的研究重点和难点。

科学研究从来都不是一帆风顺的,我国科学家勇于攻坚克难,敢于啃硬骨头,面对这一挑战,中科院大连化学物理研究所催化基础国家重点实验室研究员汪国雄与包信和院士团队研发了一种酞菁钴和锌—氮—碳串联催化剂该催化剂与单独酞菁钴或锌—氮—碳相比,还原二氧化碳制得的甲烷和一氧化碳的生成速率比提高了100倍以上。

甲烷是一种重要的燃料,广泛应用于民用和工业中。同时也是重要的化工原料,可以用来生产乙炔 、氢气、合成氨、碳黑、硝氯基甲烷、二硫化碳、一氯甲烷、二氯甲烷、三氯甲烷、四氯化碳和氢氰酸等。该研究实现了非铜基催化剂上串联催化二氧化碳电化学还原制甲烷,为二氧化碳电催化还原制碳氢化合物提供了新思路。

相关链接:甲烷酞菁钴

参考文献:Long Lin, Tianfu Liu, Jianping Xiao,et al.Enhancing CO2 Electroreduction to Methane with Cobalt Phthalocyanine and Zinc-Nitrogen-Carbon Tandem Catalyst.[J].Angewandte Chemie,https://doi.org/10.1002/anie.202009191

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