固定在碳載體上的分子催化劑展現(xiàn)與金屬表面不同的電催化CO2轉(zhuǎn)化能力。比如,負(fù)載在碳納米管上的Co-酞菁(CoPc/CNT)能夠以約30%的選擇性實(shí)現(xiàn)CO2生成甲醇,而這是其他金屬催化劑(如Co、Ag和Cu)無法做到的。
然而,雖然CoPc/CNT催化劑在甲醇選擇性具有催化前景,但是在電化學(xué)CO2還原反應(yīng)中,甲醇的生成速率逐漸降低。這種催化活性的不穩(wěn)定阻礙了實(shí)際應(yīng)用,而且人們對(duì)于活性衰減以及如何避免這一問題的解決方案缺乏認(rèn)識(shí)。
有鑒于此,麻省理工學(xué)院Yang Shao-Horn教授、Sunmoon Yu等報(bào)道表明催化失活并非由催化劑的化學(xué)降解所導(dǎo)致的不可逆過程,并且提出催化劑恢復(fù)活性的策略,因此能夠恢復(fù)CO2RR催化性能,實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定的甲醇生產(chǎn)。
本文要點(diǎn):
(1)
這項(xiàng)研究發(fā)現(xiàn),在CO2RR反應(yīng)過程中生成的甲醛中間體,可作為一種中毒物質(zhì),其在Co位點(diǎn)上的吸附結(jié)構(gòu)將決定反應(yīng)路徑:即碳朝下(*CH2O)路徑與氧朝下(*OCH2)路徑。
(2)
與碳朝下構(gòu)型生成甲醇不同,氧朝下的構(gòu)型將阻礙甲醛進(jìn)一步還原,導(dǎo)致Co活性位點(diǎn)中毒,進(jìn)而導(dǎo)致催化劑失活。
參考文獻(xiàn)
Sunmoon Yu*, Hiroki Yamauchi, Davide Menga, Shuo Wang, Antonia Herzog, Hongbin Xu, Daniel J. Zheng, Xiao Wang, Haldrian Iriawan, Botao Huang, Alexander Nitsche, and Yang Shao-Horn*, Reactivating Molecular Cobalt Catalysts for Electrochemical CO2 Conversion to Methanol, J. Am. Chem. Soc. 2025
DOI: 10.1021/jacs.5c02411
https://pubs.acs.org/doi/10.1021/jacs.5c02411