近年來，電催化還原CO2生成有經(jīng)濟(jì)價值的小分子產(chǎn)物研究受到廣泛關(guān)注，但是如何實現(xiàn)在較負(fù)的催化電壓下保持較高的催化效率，從而達(dá)到高催化產(chǎn)率的目標(biāo)，一直是領(lǐng)域內(nèi)的研究難點。日前，中科院青島生物能源與過程研究所環(huán)境友好催化過程研究組設(shè)計了一種新型的二維/零維的氧化鉍納米片/氮摻雜石墨烯量子點（Bi2O3-NGQDs）復(fù)合催化劑，相關(guān)成果已在線發(fā)表于《德國應(yīng)用化學(xué)》上。

據(jù)悉，環(huán)境友好催化過程研究組研究員劉立成帶領(lǐng)團(tuán)隊將該復(fù)合催化劑應(yīng)用于高效的電催化還原CO2生成甲酸，成功地解決了在更負(fù)電壓范圍內(nèi)催化效率降低的難題。

研究組在前期的研究基礎(chǔ)上發(fā)現(xiàn)，電催化效率在更負(fù)電壓區(qū)間內(nèi)的降低，主要是由于在反應(yīng)過程中催化劑表面吸附的CO2分子和反應(yīng)中間體的濃度不夠所導(dǎo)致。

在該研究中，研究人員利用NGQDs表面的氨基官能團(tuán)大大增強(qiáng)了主催化劑Bi2O3對吸附態(tài)CO2（ads）和中間體OCHO??的吸附能，同時引入NGQDs后加快了電催化反應(yīng)過程中的電荷傳遞。氧化鉍納米片和氮摻雜石墨烯量子點之間完美的協(xié)同作用使復(fù)合催化劑在負(fù)電壓區(qū)間內(nèi)保持了高達(dá)95.6%的平均電流效率。

此外，研究人員還發(fā)現(xiàn)氮摻雜石墨烯量子點不僅能增強(qiáng)Bi2O3的電催化還原CO2的活性，而且能增強(qiáng)SnO2的電催化活性。該工作為提高其他的金屬氧化物催化劑在負(fù)電壓區(qū)間內(nèi)的催化效率提供一種新策略。

《中國科學(xué)報》(2018-08-27第5版創(chuàng)新周刊)

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