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8月26日，南方科技大學(xué)材料科學(xué)與工程系梁永曄教授在接受記者采訪時表示，梁永曄科研團(tuán)隊開發(fā)了一種分子分散電催化劑體系，并采用分子工程調(diào)控的方法，構(gòu)建了基于金屬酞菁的高性能二氧化碳(CO2)還原電催化劑。
CO2電催化還原，因可以使用來自可再生能源的電能、在常溫常壓的反應(yīng)條件下將CO2一步轉(zhuǎn)化為高附加值碳基燃料及化學(xué)品，是一種非常有應(yīng)用前途的技術(shù)。據(jù)梁永曄介紹，他們開發(fā)的基于金屬酞菁的高性能CO2還原電催化劑，能夠使得一氧化碳(CO)產(chǎn)物選擇性在大電流密度下接近100%，接近工業(yè)CO2還原的要求。
“將CO2還原為重要的工業(yè)原料CO是相對較成熟的技術(shù)，目前反應(yīng)選擇性與能量轉(zhuǎn)換效率比其他產(chǎn)物的轉(zhuǎn)化效率高。但在實際應(yīng)用中仍需要解決大電流密度工作條件下的產(chǎn)物選擇性、穩(wěn)定性以及系統(tǒng)成本過高的問題。”梁永曄表示。
此前有研究表明，酞菁鈷(CoPc)等金屬大環(huán)配合物分子在氣體擴(kuò)散電極下可將CO2催化轉(zhuǎn)化為CO。然而，金屬大環(huán)配合物分子本身的導(dǎo)電性差且易聚集，制約了其CO2電催化還原性能，對其結(jié)構(gòu)與性能關(guān)系認(rèn)識不足也制約了催化劑性能的進(jìn)一步優(yōu)化。
“針對以上問題，我們發(fā)現(xiàn)將金屬酞菁分子均勻負(fù)載于碳納米管載體上，形成分子分散電催化劑(MDE)，能夠提高CO2還原催化性能。通過對比3種過渡金屬(Fe、Co、Ni)酞菁的催化性能，我們發(fā)現(xiàn)酞菁鎳體系(NiPc MDE)具有較高的CO選擇性，但催化穩(wěn)定性較差。”梁永曄介紹說，他們使用分子工程手段，通過在酞菁環(huán)上引入不同的取代基來調(diào)控其催化性能。
研究團(tuán)隊將甲氧基(OMe)引入，制備出NiPc-OMe MDE催化劑，不僅可提高催化穩(wěn)定性，還進(jìn)一步提高了CO選擇性。該催化劑應(yīng)用于氣體擴(kuò)散電極，在10~300mA/cm2的還原電流密度內(nèi)，CO產(chǎn)物選擇性達(dá)到99.5%以上，還能夠穩(wěn)定工作40小時。
“NiPc-OMe MDE的催化性能接近工業(yè)CO2還原的要求，具有產(chǎn)業(yè)化的前景。”梁永曄表示，目前來看，工業(yè)化CO2還原還受兩方面因素制約。一方面，目前測試的電流密度以及工作時間受到器件工藝的限制，仍需進(jìn)一步優(yōu)化;另一方面，CO2電催化還原成CO的成本受電價等影響較傳統(tǒng)化工方法要高。但從長遠(yuǎn)來看，碳排放問題已引起了各界人士的高度重視?；剂系倪^量使用導(dǎo)致大氣中CO2濃度升高，帶來了一系列環(huán)境問題。國際上也已經(jīng)制定相關(guān)政策以降低碳的排放，從這個角度看，電催化CO2還原為碳基燃料和化工原料是解決以上問題的潛在途徑。
