勞倫斯伯克利國家實驗室開發從CO2中選擇性地生成C2化合物的層狀催化劑

雖然銅催化的電化學還原反應為從CO2制造有價值的化學品(例如乙醇或乙烯)提供了途徑，然而，選擇性地生成足夠收率的C2產物需要精確操控表面附近的微環境，從而更好地控制反應活性和產物選擇性。勞倫斯伯克利國家實驗室(LBL，Berkeley)的最新研究取得進展，其結果顯示一種催化劑體系在C2產品的活性和選擇性方面遠遠超過了單一的銅催化劑體系。LBL的方法依賴于將兩種離子導電聚合物分層[一種是全氟磺酸、陽離子導電離子交聯聚合物(Nafion)；另一種是基于聚苯乙烯的陰離子導電離子交聯聚合物(Sustainion)]固定在銅表面上進行催化電化學還原反應。

LBL高級科學家和加州大學伯克利分校化學工程教授Alexis Bell解釋說：“Sustainion層提高了催化劑表面CO2相對于H2O的濃度，因為這種聚合物的CO2親和力和疏水性使發生碳-碳耦合的可能性更大，與此同時，Nafion層通過捕獲羥基離子提高了銅表面附近的pH，從而抑制H2和C1產物的形成。”

通過施加5 s脈沖改變陰極電壓來進一步增強雙層聚合物薄膜的表面效應，C2產物的法拉第效率超過90%，而生成氫氣的法拉第效率僅為4%。

未來，Alexis Bell和他的團隊計劃研究用雙層離子交聯聚合物涂覆銅納米顆粒的方法。分層離子交聯聚合物的概念也可以應用于其他催化劑體系。