在催化劑硫化銦中引入鋅 中科大教授有效抑制催化劑中活性成分“硫”流失

從中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)獲悉，該校高敏銳教授課題組與唐凱斌教授課題組合作，提出增強(qiáng)材料共價(jià)性來穩(wěn)定催化劑結(jié)構(gòu)的設(shè)想，在催化劑硫化銦中引入鋅，提高了銦-硫鍵的共價(jià)性，有效抑制了催化劑中活性成分“硫”的流失，保持了其在電催化二氧化碳還原中的穩(wěn)定性。該成果已在線發(fā)表于《自然·通訊》。

電催化二氧化碳還原，為“碳中和”提供了有潛力的新方法。目前研究人員設(shè)計(jì)并研制的催化劑能有效催化二氧化碳制備一氧化碳、甲酸和乙醇等多種碳基燃料。然而，這些催化劑在高速率電解過程中會(huì)發(fā)生團(tuán)聚、活性物質(zhì)相變、元素溶解等現(xiàn)象，導(dǎo)致選擇性迅速降低。因此，為了實(shí)現(xiàn)電催化二氧化碳還原成甲酸的工業(yè)級(jí)制備，必須研制活性和穩(wěn)定性兼?zhèn)涞拇呋瘎┎⒗斫庀嚓P(guān)穩(wěn)定性機(jī)理。

研究人員采用相同合成策略，制備了無鋅和有鋅的兩種硫化銦催化劑。所制備催化劑具有相同的形貌、尺寸和比表面積，保證了兩者性能的公平比較。電化學(xué)性能測試表明，在中性電解環(huán)境中，有鋅條件下制備的催化劑展現(xiàn)出更優(yōu)的法拉第效率。特別重要的是，鋅的引入賦予了催化劑卓越的催化穩(wěn)定性：在未間斷的連續(xù)電解過程中，該催化劑能在工業(yè)級(jí)電流密度下穩(wěn)定催化二氧化碳還原生成甲酸產(chǎn)物達(dá)60小時(shí)，并且保持產(chǎn)物法拉第效率在97%左右。

研究人員對催化劑進(jìn)行了嚴(yán)格地結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性測試，利用X射線光電子能譜、STEM-EDX元素分析和ICP等分析技術(shù)，證實(shí)了在60小時(shí)的大電流二氧化碳電解后，有鋅催化劑中每種元素的含量和化學(xué)態(tài)幾乎沒有改變。該成果為設(shè)計(jì)和創(chuàng)制在工業(yè)級(jí)電流下長時(shí)間“服役”的電催化二氧化碳用催化劑提供了新的思路。(科技日報(bào))

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