近日，記者從內蒙古科技廳獲悉，內蒙古大學(xué)科研團隊經(jīng)過(guò)不懈努力，在探索新型電催化二氧化碳還原材料領(lǐng)域取得重要突破。相關(guān)成果近日在線(xiàn)發(fā)表于國際能源類(lèi)期刊《先進(jìn)能源材料》。
在“碳中和”的國際大背景下，設計具有高活性和選擇性的二氧化碳電還原催化劑具有重要的現實(shí)意義和應用前景。當前，金、銀、銅、鉑等貴金屬及其相關(guān)材料仍然是人們探索二氧化碳還原電催化劑的熱點(diǎn)。然而，貴金屬催化劑具有催化活性低、產(chǎn)物選擇性差以及析氫效率高等問(wèn)題。
內蒙古大學(xué)物理科學(xué)與技術(shù)學(xué)院趙忠龍副教授帶領(lǐng)團隊，利用第一性原理計算模擬，首次提出了雙金屬單層電催化劑表面的“雙位泛函”機制。該機制能夠有效地抑制析氫副反應，并提升將二氧化碳電還原為甲酸產(chǎn)物的活性和選擇性。然而，通過(guò)實(shí)驗合成具有超薄殼層的雙金屬電極，仍然是一個(gè)挑戰。鑒于此，此次研究利用第一性原理計算模擬方法，首次提出過(guò)渡金屬碳化物和氮化物可以作為貴金屬單層的襯底。在保留“雙位泛函”的基礎上，這種襯底能夠顯著(zhù)提升催化劑的電化學(xué)穩定性。
實(shí)驗表明，碳化物和氮化物支撐貴金屬單層以及單層團簇催化劑中存在氫—襯底反鍵相互作用。這種相互作用能夠打破吸附氫與二氧化碳還原中間物之間的能量線(xiàn)性關(guān)系。此外，研究團隊還通過(guò)理論模擬預測了一系列具有較高甲酸、甲醇和乙烯等碳氫化合物產(chǎn)物選擇性的新型電催化劑，為提升電化學(xué)二氧化碳還原性能提供了新思路。
