加拿大Edward H. Sargent院士ACS Energy Lett.: InP胶体量子点衍生催化剂将CO2电还原为甲酸盐

雨辰

2020-12-12

使用可再生电力驱动的电化学还原CO₂（CO₂RR）能够使工业烟气中的二氧化碳(最终是大气中的二氧化碳)稳定下来。在CO₂RR生产的日用化学品中，甲酸盐在CO₂还原时仅需要两个电子，作为专用液体产品生产时很容易分离，并且可以有利地转化为甲酸，而甲酸是氢的运输载体。InP胶体量子点（CQDs）作为形成CO₂RR电催化剂的前催化剂具有重要的研究意义。

有鉴于此，加拿大多伦多大学Edward H. Sargent教授等人，报告了法拉第效率（FE）为93％的CO₂电还原生产甲酸盐，部分电流密度为930 mA cm^-2，根据先前的技术经济分析，达到了潜在的工业应用水平。

本文要点

1）设计了一种使用InP胶体量子点（CQDs）合成的催化剂：封端配体交换引入了表面硫，而XPS揭示了具有硫保护的氧化铟和铟金属的活性催化剂的生成。

2）为了使CQD可溶于阴极前体墨水中，用6-巯基己醇(6-MPE)交换了覆盖CQD表面的天然疏水性油酸配体。

3）表面金属铟位点吸附并还原CO₂分子，硫位点裂解水并提供质子。每个量子点的大量暴露的表面铟位点能够在低催化剂负载下实现较高的甲酸生产率。纳米层在负电位下的高导电性使其具有较大的电流密度。

参考文献：

Ivan Grigioni et al. CO₂ Electroreduction to Formate at a Partial Current Density of 930 mA cm^–2 with InP Colloidal Quantum Dot Derived Catalysts. ACS Energy Lett., 2020.

DOI: 10.1021/acsenergylett.0c02165

https://doi.org/10.1021/acsenergylett.0c02165