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青岛能源所开发出高效电催化二氧化碳还原反应催化剂

仪表研发 2020年03月30日 12:00:31 来源:仪表网人气:24240
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  【仪表网 仪表研发】用可再生电力驱动CO2电催化还原为甲醇、甲酸等高附加值化学燃料,在解决CO2过量排放的同时,还可以实现间歇性电能向化学能的直接转化,对控制碳平衡、优化能源消费结构等意义重大。由于CO2分子中C=O双键结合稳定,电催化CO2还原反应(CO2RR)所需要的能量较高。因此,开发高效的催化剂提升反应催化效率是CO2RR研究的重点和难点。
 
  在化学反应里能改变反应物化学反应速率(提高或降低)而不改变化学平衡,且本身的质量和化学性质在化学反应前后都没有发生改变的物质叫催化剂(固体催化剂也叫触媒)。据统计,约有90%以上的工业过程中使用催化剂,如化工、石化、生化、环保等。催化剂种类繁多,按状态可分为液体催化剂和固体催化剂;按反应体系的相态分为均相催化剂和多相催化剂,均相催化剂有酸、碱、可溶性过渡金属化合物和过氧化物催化剂。催化剂在现代化学工业中占有极其重要的地位,例如,合成氨生产采用铁催化剂,硫酸生产采用钒催化剂,乙烯的聚合以及用丁二烯制橡胶等三大合成材料的生产中,都采用不同的催化剂。
 
  近十年来各类催化剂已经被开发后用于CO2RR的研究,并且在提高产物选择性、降低过电位等关键科学问题上取得了一定的进展,但是CO2RR的反应电流密度和催化产率仍然较低,无法进一步满足工业化应用的需求。
 
  电催化是使电极、电解质界面上的电荷转移加速反应的一种催化作用。电极催化剂的范围仅限于金属和半导体等的电性材料。电催化研究较多的有骨架镍、硼化镍、碳化钨、钠钨青铜、尖晶石型与钨态矿型的半导体氧化物,以及各种金属化物及酞菁一类的催化剂。主要应用于有机污水的电催化处理;含铬废水的电催化降解;烟道气及原料煤的电解脱硫;电催化同时脱除NOx和S02;二氧化碳和氮气的电解还原。
 
  中国科学院青岛生物能源与过程研究所环境友好催化过程研究组在开发高效电催化剂方面开展了大量的研究工作。近日,该研究组基于前期的研究工作,发现直接包覆氨基官能团化的碳层可以有效地调控非贵金属催化剂SnS的电子结构,从而加速了电极界面处的电子传导效率,增强了催化剂对吸附态的CO2分子和反应中间体OCHO*的吸附能力,实现了反应电流密度和催化产率的显著提升。该研究工作为提升过渡金属催化剂的催化活性提供了一种新策略。
 
  资料来源:青岛生物能源与过程研究所、百科
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