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研究實現(xiàn)高選擇性一氧化碳電解制乙酸
作者：孫丹寧   來源：中國科學(xué)報  
山東拓普生物工程有限公司  http://www.xhztyn.cn
近日，中國科學(xué)院大連化學(xué)物理研究所在一氧化碳電解制燃料和化學(xué)品方面取得新進(jìn)展，利用催化劑納米顆粒間距離調(diào)控產(chǎn)物選擇性的新策略，實現(xiàn)了工業(yè)級電流密度下高選擇性CO電解制乙酸。相關(guān)成果發(fā)表在《美國化學(xué)會能源快報》上。
一氧化碳電解是串聯(lián)電解二氧化碳制多碳產(chǎn)物反應(yīng)路線中的重要環(huán)節(jié)，但當(dāng)前一氧化碳電解難以在工業(yè)級電流密度下高選擇性生成單一C2+產(chǎn)物，目前的產(chǎn)物選擇性調(diào)控策略主要集中在原子/納米尺度上的催化活性位結(jié)構(gòu)設(shè)計。另一方面，介觀尺度上的物質(zhì)傳輸過程會顯著影響催化活性中心附近的反應(yīng)微環(huán)境，對產(chǎn)物選擇性的調(diào)控同樣至關(guān)重要，但該問題在以往研究中經(jīng)常被忽視。
工作中，團(tuán)隊通過機(jī)械混合不同比例的銅納米顆粒與導(dǎo)電炭黑這一簡易方法，構(gòu)建了一系列銅納米顆粒間距離可調(diào)的模型氣體擴(kuò)散電極，并應(yīng)用于工業(yè)級電流密度下的堿性一氧化碳電解。研究發(fā)現(xiàn)，隨著銅納米顆粒間距離增加，乙烯選擇性不斷降低，同時乙酸選擇性迅速增加，逐漸成為主導(dǎo)的反應(yīng)產(chǎn)物。數(shù)值計算結(jié)果表明，相對于純銅納米顆粒催化劑，利用導(dǎo)電炭黑增加顆粒間距離后，銅納米顆粒的局部一氧化碳濃度和局部pH升高，有利于乙酸生成路徑。團(tuán)隊進(jìn)一步耦合外部反應(yīng)條件，實現(xiàn)了高選擇性一氧化碳電解制乙酸。在優(yōu)化反應(yīng)條件下，乙酸法拉第效率和分電流密度分別達(dá)到77.5%和705mA/cm2，乙酸收率最高為82.3%。
該研究將在介觀尺度上影響物質(zhì)傳輸?shù)念w粒間距離效應(yīng)拓展到工業(yè)相關(guān)條件下的一氧化碳電解反應(yīng)，研究結(jié)果表明顆粒間距離可作為催化反應(yīng)產(chǎn)物選擇性的一種介觀尺度描述符。
相關(guān)論文信息：https://doi.org/10.1021/acsenergylett.4c01203
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