福建物构所串联电催化CO2制乙烯取得新进展（福建物构所串联电催化CO2制乙烯取得新进展）

福建物构所串联电催化CO2制乙烯取得新进展

将CO2通过电化学方法转化为高附加值的C2 产物如乙烯，不仅对于“碳达峰”和“碳中和”目标的顺利实现具有积极推动作用，而且能减轻人类对化石燃料的过度依赖，符合资源、能源发展战略的角度，但目前电催化CO2制乙烯受限于单一活性位点的多电子转移过程和缓慢的C-C耦合步骤，仍面临活性低、选择性差等难题。

近日，中科院福建物构所结构化学国家重点实验室曹荣研究员和黄远标研究员，在科技部重点研发计划、国家自然科学基金项目、中科院青促会优秀会员项目、福建省科技厅面上项目资助下，设计一种有效的串联催化策略来提升还原CO2制乙烯的选择性，通过将非贵金属单原子Ni高效催化CO2RR产CO和Cu纳米催化剂可以进行CO-CO耦合的优势有效结合，进行串联催化来提升CO2RR制乙烯的选择性。实验中，在卟啉基三嗪框架中心锚定Ni单原子(PTF-Ni)及其表面负载Cu纳米颗粒，制备了非贵金属基的串联电催化剂PTF(Ni)/Cu，催化时单原子Ni高效将CO2还原为中间体CO，生成的CO马上被临近的Cu纳米催化剂进行C-C耦合反应高效转化为乙烯。因此，与非串联催化剂PTF/Cu (卟啉中心无金属原子的三嗪框架)主要产甲烷相比，乙烯的法拉第效率提高了5倍 (-1.1V vs. RHE)，由9.6% 提高到57.3%，优于目前已经报导其他大多数电催化剂。此外，PTF(Ni)/Cu表现出良好的稳定性，连续电解11 h后仍能保持约91%的初始活性。原位红外实验、对比实验一氧化碳电还原和理论计算表明，PTF(Ni)有利于增加Cu纳米颗粒表面的*CO活性中间体，进而提升C-C耦合的概率，且明显降低了生产乙烯所需要的能量，因此通过串联催化，提升了CO2转换为乙烯的活性。

串联电催化剂提升CO2RR制乙烯示意图

该工作为进一步提升电催化CO2产附加值高的多碳产物的选择性提供了一条新的策略。这一成果近期发表在Angew. Chem. Int. Ed.上，并被选为Hot Paper。

此外，近年来该团队致力于设计多孔框架材料应用于CO2催化转化研究，取得了一系列进展（Angew. Chem. Int. Ed. 2021, 60, 17108; Angew. Chem. Int. Ed. 2021, 60, 20915; Angew. Chem. Int. Ed. 2020, 59, 23641; Sci. China Chem. 2021, 64，1332；ACS Energy Lett. 2020, 5, 1005; ACS Materials Lett. 2021, 3, 454; Small 2021, 2004933; Small 2020, 2005254; CCS Chem. 2019, 1, 384; Appl. Catal. B: Environ. 2020, 271, 118929）。

文章链接：

https://doi.org/10.1002/anie.202111136

多孔框架材料因其具有高比表面积、规则有序可调孔道和丰富的官能团、单一活性位点等优点，在气体存储、分离及多相催化等领域中应用广泛，是当今化学材料科学研究的热点之一。

近年来，福建物构所结构化学国家重点实验室曹荣研究员和黄远标研究员，在科技部重点研发计划、国家自然科学基金项目、中科院青年创新促进会优秀会员项目等支持下，在多孔框架材料用于催化转化CO2的研究中取得了系列进展。近期，该团队应邀在Energy Chem上发表了题为“Reticular frameworks and their derived materials for CO2 conversion by thermo—catalysis”的综述论文。该文系统综述了多孔框架材料及其衍生材料在热催化转化CO2反应中的应用，总结了网络框架催化剂的结构优势及合成策略、应用于具体催化反应的标志性成果以及机理等，并在此基础上提出了新的研究观点和对未来发展趋势的展望。综述涉及框架催化剂的金属活性中心、功能有机官能团、主-客体杂化材料之间的协同催化，以及衍生碳材料或金属氧化物负载型催化剂的协同催化等方面的内容。这对发展应用于CO2资源化利用的新型网络框架基催化剂的设计及合成具有重要的参考价值。

论文链接：

https://doi.org/10.1016/j.enchem.2021.100064。

来源：新材料资讯综合于福建物构所