包信和

表面應(yīng)力效應(yīng)調(diào)控鈀納米晶二氧化碳電催化還原性能

包信和

(中國科學(xué)院大連化學(xué)物理研究所，催化基礎(chǔ)國家重點(diǎn)實(shí)驗室，遼寧 大連116023)

目前，與人們?nèi)粘Ｉ蠲芮邢嚓P(guān)的液體燃料、化學(xué)品、電和熱等主要依賴石油、煤和天然氣等化石能源經(jīng)過工業(yè)煉制或高效燃燒等過程轉(zhuǎn)化。在轉(zhuǎn)化過程中二氧化碳的大量排放對人們賴以生存的生態(tài)環(huán)境造成了嚴(yán)重威脅。電催化還原二氧化碳提供了一條將作為排放物的CO2高效轉(zhuǎn)變?yōu)楦咧祷瘜W(xué)品新途徑1。簡單地說，利用可再生電能或富余核電為能源，與電解水耦合從水中獲取氫，在比較溫和的反應(yīng)條件一步直接獲得一氧化碳、碳?xì)浠衔锖图状嫉雀咧祷瘜W(xué)品和液體燃料，同時實(shí)現(xiàn)電能存儲和二氧化碳轉(zhuǎn)化。當(dāng)前，

研制新型催化劑來降低過電勢和提高反應(yīng)選擇性是二氧化碳電催化還原研究中極具挑戰(zhàn)性的熱點(diǎn)課題。

中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)合肥微尺度物質(zhì)科學(xué)國家實(shí)驗室和化學(xué)與材料科學(xué)學(xué)院曾杰教授課題組長期以來關(guān)注納米催化劑的結(jié)構(gòu)設(shè)計與電催化性能研究，并取得了一系列進(jìn)展2-4。近日，黃宏文等人與楊金龍教授5合作，在調(diào)控二氧化碳電催化還原性能方面取得重要進(jìn)展。他們設(shè)計合成了鈀單晶八面體納米晶和孿晶二十面體納米晶的準(zhǔn)模型催化體系，在保證兩者尺寸、表面晶面和表面包裹分子相同的情況下，研究了鈀納米晶表面應(yīng)力與二氧化碳電催化還原性能之間的內(nèi)在關(guān)聯(lián)。在－0.8 V(vs RHE)時，鈀孿晶二十面體納米晶上生成一氧化碳的法拉第效率達(dá)到91.1%，遠(yuǎn)高于鈀單晶八面體納米晶(～50%)。通過分子動力學(xué)模擬、第一性原理計算以及電化學(xué)測試，發(fā)現(xiàn)表面拉伸應(yīng)力提升了鈀孿晶二十面體納米晶的d帶中心，從而增強(qiáng)了催化劑表面二氧化碳的吸附和活化，顯著提高了二氧化碳電催化還原活性和選擇性。

該研究工作最近發(fā)表在Angewandte Chemie International Edition期刊上5。該項結(jié)果很好地詮釋了催化劑表面結(jié)構(gòu)與催化反應(yīng)活性間的對應(yīng)關(guān)系，進(jìn)一步的研究將為充分認(rèn)識納米催化劑的作用原理，以及設(shè)計高效催化劑提供堅實(shí)的理論基礎(chǔ)。

References

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Surface Strain Effect Engineers the Catalytic Performance of Pd Nanocrystals in CO2Electrochemical Reduction

BAO Xin-He
(State Key Laboratory of Catalysis,Dalian Institute of Chemical Physics,Chinese Academy of Sciences,Dalian 116023, Liaoning Province,P.R.China)

10.3866/PKU.WHXB201703091