中國科大CO2還原制甲酸研究獲進展

近日，中國科學技術大學研究團隊將電催化活性金屬溶解于熔融態鎵(Ga)中，實現了非均相催化劑表面活性位點的均相化，將CO2還原制甲酸的選擇性提高到95%以上。研究成果發表于《自然·催化》。

非均相催化劑由于存在各種缺陷、臺階、轉角、晶面等，表面的活性組分處于不同的局域配位環境，導致出現多活性位點并存現象及由此造成產物選擇性下降。然而，均相催化劑由于活性中心單一、結構簡單明晰、在產物選擇性及用作反應機理研究模型方面具有優勢，因此，將非均相催化劑均相化有望成為催化性能提升和反應機理研究的關鍵途徑。

針對上述問題，研究團隊將近室溫熔融的金屬Ga作為具有CO2還原電催化活性的Sn和In的基底，實現了Sn和In非均相催化劑的均相化，Ga-Sn和Ga-In合金固態和液態時的原子/電子結構以及催化性質對比。

原位結構表征和第一性原理分子動力學模擬發現，固態時，Sn和In形成了相分離的納米團簇，均勻嵌在固態Ga基質中；液態時，Sn和In以單原子形式游離分散在熔融態Ga中。電子結構表征發現，和固態Ga相比，負載在液態Ga中的活性中心具有顯著增強的還原性，使CO2還原產物甲酸的選擇性由固態時的30%提高到液態時的95%以上，析氫副反應得以明顯抑制。此外，液態合金由于具有良好的氧化還原可逆性及表面組分的可流動性，表現出自修復特性，其催化穩定性得以顯著改善。

該研究探索了液態材料作為非均相催化劑負載基底方面的可行性，為非均相催化劑均相化提供了一種新的表界面合成思路。