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青島能源所開發出高效電催化二氧化碳還原反應催化劑

儀表研發 2020年03月30日 12:00:31 來源:儀表網人氣:24189
  【儀表網 儀表研發】用可再生電力驅動CO2電催化還原為甲醇、甲酸等高附加值化學燃料,在解決CO2過量排放的同時,還可以實現間歇性電能向化學能的直接轉化,對控制碳平衡、優化能源消費結構等意義重大。由于CO2分子中C=O雙鍵結合穩定,電催化CO2還原反應(CO2RR)所需要的能量較高。因此,開發高效的催化劑提升反應催化效率是CO2RR研究的重點和難點。
 
  在化學反應里能改變反應物化學反應速率(提高或降低)而不改變化學平衡,且本身的質量和化學性質在化學反應前后都沒有發生改變的物質叫催化劑(固體催化劑也叫觸媒)。據統計,約有90%以上的工業過程中使用催化劑,如化工、石化、生化、環保等。催化劑種類繁多,按狀態可分為液體催化劑和固體催化劑;按反應體系的相態分為均相催化劑和多相催化劑,均相催化劑有酸、堿、可溶性過渡金屬化合物和過氧化物催化劑。催化劑在現代化學工業中占有極其重要的地位,例如,合成氨生產采用鐵催化劑,硫酸生產采用釩催化劑,乙烯的聚合以及用丁二烯制橡膠等三大合成材料的生產中,都采用不同的催化劑。
 
  近十年來各類催化劑已經被開發后用于CO2RR的研究,并且在提高產物選擇性、降低過電位等關鍵科學問題上取得了一定的進展,但是CO2RR的反應電流密度和催化產率仍然較低,無法進一步滿足工業化應用的需求。
 
  電催化是使電極、電解質界面上的電荷轉移加速反應的一種催化作用。電極催化劑的范圍僅限于金屬和半導體等的電性材料。電催化研究較多的有骨架鎳、硼化鎳、碳化鎢、鈉鎢青銅、尖晶石型與鎢態礦型的半導體氧化物,以及各種金屬化物及酞菁一類的催化劑。主要應用于有機污水的電催化處理;含鉻廢水的電催化降解;煙道氣及原料煤的電解脫硫;電催化同時脫除NOx和S02;二氧化碳和氮氣的電解還原。
 
  中國科學院青島生物能源與過程研究所環境友好催化過程研究組在開發高效電催化劑方面開展了大量的研究工作。近日,該研究組基于前期的研究工作,發現直接包覆氨基官能團化的碳層可以有效地調控非貴金屬催化劑SnS的電子結構,從而加速了電極界面處的電子傳導效率,增強了催化劑對吸附態的CO2分子和反應中間體OCHO*的吸附能力,實現了反應電流密度和催化產率的顯著提升。該研究工作為提升過渡金屬催化劑的催化活性提供了一種新策略。
 
  資料來源:青島生物能源與過程研究所、百科
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