記者12日從中國科學技術(shù)大學獲悉，該校高敏銳教授課題組和俞書宏院士團隊設(shè)計了系列具有“富集”效應(yīng)的納米催化劑，成功實現(xiàn)了二氧化碳到目標產(chǎn)物的高選擇性轉(zhuǎn)化。相關(guān)成果日前在線發(fā)表在《德國應(yīng)用化學》和《美國化學會志》雜志上。
二氧化碳轉(zhuǎn)化技術(shù)不僅能夠降低大氣中的二氧化碳濃度，同時還可以得到諸多高附加值的碳基燃料。電催化二氧化碳還原技術(shù)具有可在常溫常壓下進行，能夠?qū)崿F(xiàn)人為閉合碳循環(huán)等優(yōu)點，為當前可再生能源的利用和化學燃料合成提供了一種具有應(yīng)用前景的方法。通過更高效催化劑的理性設(shè)計與可控合成，并結(jié)合催化機制理解，從而實現(xiàn)二氧化碳電還原技術(shù)走向工業(yè)化應(yīng)用成為研究重點與難點。
研究人員提出納米針尖的“近鄰效應(yīng)”促進二氧化碳電還原過程，通過智能微波反應(yīng)器的高通量篩選，制備了硫化鎘納米針陣列結(jié)構(gòu)。研究發(fā)現(xiàn)隨著針尖之間距離的逐漸減小，鉀離子富集會不斷增強。流動電解池測試表明，這種多納米針尖硫化鎘催化劑由于“近鄰富集效應(yīng)”，其性能大大優(yōu)于其他過渡金屬硫?qū)倩镫姶呋瘎Ｔ摮晒诰€發(fā)表在《德國應(yīng)用化學》雜志上，并被選為“卷首插畫”論文。
在利用納米多針尖的“近鄰效應(yīng)”實現(xiàn)對目標離子的富集的基礎(chǔ)上，科研人員進一步提出利用納米空腔的“限域效應(yīng)”來富集反應(yīng)中間體，實現(xiàn)二氧化碳到多碳燃料的高效率轉(zhuǎn)化。研究成果發(fā)表在《美國化學會志》上。
以上研究成果表明了二氧化碳電還原反應(yīng)中催化劑納米結(jié)構(gòu)設(shè)計對催化性能的重要影響，納米尺度“富集效應(yīng)”可有效增強關(guān)鍵中間體的吸附，從而推動反應(yīng)高效率運行。這種新的設(shè)計理念為今后相關(guān)電催化劑的設(shè)計和高附加值碳基燃料的合成提供了新的思路。
