科学家制备出效率达93％电还原二氧化碳催化剂

日前从中国科学技术大学获悉，该校化学与材料科学学院和合肥微尺度物质科学国家研究中心曾杰教授课题组，利用不同镍含量掺杂的二硫化锡纳米片作为催化剂，实现高效电还原二氧化碳到甲酸和一氧化碳。这种镍掺杂的二硫化锡纳米片催化剂，在二氧化碳电还原反应中表现出高活性和高稳定性。该成果近日发表在《德国应用化学》杂志上。

在二氧化碳电还原反应中，二氧化碳分子的活化一直是二氧化碳电催化还原反应的研究难点。因为，在标准情况下，二氧化碳分子在水溶液中活化成二氧化碳阴离子所需的标准电极电势为相对标准氢-1.9。通常，二氧化碳分子的活化包含电子从催化剂转移到二氧化碳分子，而这一过程和催化剂的电子结构密切相关。因此，可以通过调节催化剂的电子结构从而实现二氧化碳分子的高效活化。

基于这样的理念，研究人员以两层原子厚的二硫化锡纳米片为基础，通过调节引入镍的含量，得到了不同镍掺杂的二硫化锡纳米片催化剂。合适镍含量的二硫化锡纳米片催化剂实现了对二氧化碳分子的高效活化，从而增强二氧化碳电催化还原反应性能。在二氧化碳电催化还原反应中，5％镍掺杂的二硫化锡纳米片在-0.9标准氢电位的电压下，二氧化碳还原成有效碳产物的法拉第效率高达93％。

该项工作不仅制备了高效的镍掺杂二硫化锡纳米片作为二氧化碳电还原催化剂，也为合理设计电催化剂提供了方法。