近日，國(guó)際知名學(xué)術(shù)期刊nature communications以“scalable synthesis of coordinatively unsaturated metal-nitrogen sites for large-scale co2electrolysis”為題，在線報(bào)道了我校材料科學(xué)與工程學(xué)院清潔能源材料與器件團(tuán)隊(duì)在規(guī)模化co電合成領(lǐng)域的最新研究成果。

可再生電力驅(qū)動(dòng)的co2電解制化學(xué)品過(guò)程是助力“碳達(dá)峰、碳中和”目標(biāo)實(shí)現(xiàn)的理想途徑，其中co2還原產(chǎn)co具有高選擇性、低能耗和易分離產(chǎn)物的優(yōu)點(diǎn)，是最具有工業(yè)應(yīng)用前景和經(jīng)濟(jì)價(jià)值的轉(zhuǎn)化路徑之一。然而，目前高效、穩(wěn)定的co2電解產(chǎn)co催化劑主要依賴(lài)于金、銀等貴金屬材料，同時(shí)電解器件的催化反應(yīng)速率往往在安培級(jí)以下，遠(yuǎn)無(wú)法滿足工業(yè)化的要求。因此，規(guī)模化合成低成本、高活性的催化材料，并將其性能應(yīng)用于大面積的反應(yīng)器件，對(duì)于推動(dòng)co2電解工業(yè)化進(jìn)程具有重要意義。

針對(duì)這一關(guān)鍵問(wèn)題，研究團(tuán)隊(duì)創(chuàng)新性地發(fā)展了一種具有普適性、可規(guī)模化制備不飽和配位鈷單原子（co-cnts-mw）催化劑的微波合成法。該催化劑應(yīng)用于膜電極器件具有出色的co2電解產(chǎn)co性能，在-200 ma cm-2電流密度下法拉第效率為95.4%，且器件整體的能量效率達(dá)到54.1%。此外，研究團(tuán)隊(duì)自主加工設(shè)計(jì)了具有不同規(guī)格的co2電解膜電極器件，將膜電極放大至100 cm2，該催化劑在10 a的工業(yè)級(jí)電流下，co選擇性為86.8%，并且在150 sccm的co2流速下實(shí)現(xiàn)了40.4%的co2單程轉(zhuǎn)化率。原位衰減全反射紅外光譜和密度泛函理論計(jì)算證明了原子級(jí)分散的不飽和配位co-n位點(diǎn)不僅有利于co2吸附，而且促進(jìn)了關(guān)鍵中間體*cooh生成，從而加速了co2向co的定向轉(zhuǎn)化過(guò)程。該研究工作為規(guī)模化co電合成提供了一個(gè)新的視角。

該工作主要由材料學(xué)院博士生孫紀(jì)偉、吳雪楓在劉鵬飛副教授、戴升教授、楊化桂教授等人的指導(dǎo)下完成。

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