基础院康毅进教授团队在《自然-催化》发表研究成果

文:基础与前沿研究院 图:基础与前沿研究院 / 来源:基础与前沿研究院 / 2019-04-14 / 点击量:4222

  近日,电子科技大学基础与前沿研究院康毅进教授团队与美国西北大学、特拉华大学和德克萨斯大学奥斯汀分校科研团队合作,在《Nature Catalysis(自然-催化)》上发表题为“Two-dimensional copper nanosheets for electrochemical reduction of carbon monoxide to acetate”的研究论文。康毅进教授团队博士生付先彪、联合培养博士生Wesley Luc为该论文共同第一作者,康毅进教授为该论文通讯作者,电子科技大学基础与前沿研究院为论文第一单位。

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  《Nature Catalysis(自然-催化)》是《自然》出版集团2018年推出的旗舰性子刊(俗称“大子刊”),主要介绍均相催化、异相催化以及生物催化等领域的最新研究成果。

  将二氧化碳(CO2)转化为高价值的多碳产物(C2+)是实现碳循环和减轻温室效应的有效途径。近年来,二氧化碳的高效转化成为了科学家最关心的议题之一。目前研究进展表明,将二氧化碳高选择性(电流效率达90-99%)和高效(电流密度大于100 mA cm-2)地转化为一氧化碳(CO)已基本实现。在众多CO2/CO电还原催化剂中,铜是唯一可将CO2/CO转化为多碳产物的单一金属催化剂。如何高效和高选择性地将CO进一步电还原为富有价值的多碳产物是实现碳循环的关键环节之一。 

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  图示:Cu纳米片的物理表征和CO电还原性能。(a)催化过程示意图;(b)三角形Cu纳米片的TEM;(c)Cu纳米片的AFM;(d)在Si晶片上组装的Cu纳米片的XRD图,明显增强的(111)峰,插图是Cu纳米片的SAED和HRTEM;(e)在2 M KOH中,Cu纳米片的CO电还原总电流密度和法拉第效率随外加电压的变化;(f)在SHE标度下,乙酸盐部分电流密度和Tafel分析。

  为了解决该难题,在本研究中合成了结构规整的铜纳米片(Cu nanosheets)用于CO电还原,在2 M KOH电解液中,实现了48%的法拉第效率(Faradaic efficiency),乙酸盐的分电流密度可达131 mA cm-2,已达到商业化电流密度要求(>100 mA cm-2)。进一步研究发现,铜纳米片主要暴露的是{111}晶面,Cu {111}晶面抑制乙醇和乙烯等多碳产物,从而提升了乙酸盐的选择性。该研究不仅使一氧化碳高选择性和高效地电还原为有价值的化学品迈上了新台阶,而且作为模型催化剂为CO电还原制多碳产物的机理研究提供了更深入的认识。

  论文链接:https://www.nature.com/articles/s41929-019-0269-8


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  康毅进,电子科技大学教授、博导,美国宾夕法尼亚大学博士,在美国Argonne国家实验室完成博士后研究。研究工作主要着重于化学、纳米科学、材料科学在生物医药以及催化和能源领域的应用,在Science,PNAS,Angewandte Chemie,Nano Letters和Journal of the American Chemical Society等顶尖学术期刊上发表论文近40篇,论文总引用次数超过5200次,h-index 25。


编辑:卜一珂  / 审核:李果  / 发布者:陈伟