ACS Catalysis：超临界二氧化碳对碳负载铜催化剂电化学还原制甲酸的影响

Nanoyu

2020-10-20

利用可再生能源电催化还原二氧化碳（CO₂）被广泛认为是建立可持续闭式碳循环经济的一条很有前途的途径。然而，由于在抑制竞争性析氢反应和控制全过程选择性方面存在固有的挑战性，进而阻碍了该催化剂的广泛应用。此外，一个关键参数是CO₂在许多电解质中的溶解度有限，并且阻碍了其向电极的质量传输。

有鉴于此，德国波鸿鲁尔大学Ulf-Peter Apfel报道了在超临界CO₂（scCO₂）以及环境条件下进行CO₂电解还原的比较研究。基于铜基催化剂对CO₂R的有利性能，研究人员在两种不同类型的碳载体（Cu/C）上制备铜纳米颗粒，并将其用作本研究的基准催化剂体系。

文章要点

1）研究人员使用Cu/C催化剂的单相scCO₂/乙腈（MeCN）/H₂O体系的恒电位电解质，在−1.42 V （vs DMFc）下，其电流密度比常温下提高了4.6倍。与环境条件相比，在加压条件下，析氢反应被显著抑制，电流效率从约60%降至<8%。相应地，在scCO₂中使用Cu/CT电极可以显著提高CO₂R产品的电流效率，最高可达82%，并且具有很高的甲酸选择性（电流效率为66%）。此外，scCO₂/MeCN/H₂O混合物明显稳定了纳米铜颗粒在Cu/C催化剂中的分散。

2）与环境条件相比，scCO₂有利于在较低过电位下获得较高的电流密度，可以显著抑制析氢反应，从而显著影响工艺选择性，以及抑制电解过程中的纳米颗粒团聚。尤其是高的CO₂R选择性和较高的电流密度来源于scCO₂条件下高温和压力的协同作用。

这项研究进一步揭示了scCO₂条件对催化剂有利影响，并为scCO₂条件下替代电催化过程设计提供了有价值的见解。

Kai junge Puring, et al, Assessing the Influence of Supercritical Carbon Dioxide on the Electrochemical Reduction to Formic Acid Using Carbon-Supported Copper Catalysts, ACS Catal. 2020

DOI: 10.1021/acscatal.0c02983

https://dx.doi.org/10.1021/acscatal.0c02983