중국과학원 물리학연구소는 선택성이 높은 이산화탄소 전기환원의 '이중 채널' 메커니즘을 밝힙니다.

최근 중국과학원 대련화학물리연구소 샤오젠핑(Xia Jianping) 연구원팀과 중국전자과기대 샤추안(Xia Chuan) 교수팀이 공동 연구팀을 구성했다. 중국 과학 기술 대학 교수 Zeng Jie는 이산화탄소(CO2) 전환 연구에서 새로운 진전을 이루었고 납 단일 원자 합금 구리 기반 촉매(Pb1Cu)가 높은 활성과 높은 선택성을 달성했습니다. CO2를 감소시켜 포름산염을 제조하고, 이 과정의 이론적 메커니즘을 탐구했습니다.

CO2 전기환원을 위해 재생에너지를 사용하는 것은 '이중 탄소' 목표를 달성하기 위한 수단 중 하나입니다. 포름산은 에너지 운반체이며 연료전지의 액체 연료로도 사용될 수 있습니다. CO2 전기환원을 통한 포름산의 제조는 자원 활용을 위한 중요한 연구 방향입니다.

연구에서 Xia Chuan 팀과 Zeng Jie 팀은 납 단일 원자와 합금된 구리 기반 촉매 Pb1Cu를 준비했으며, 포름산염을 제조하기 위해 CO2의 효율적인 전기 환원을 달성하는 동시에 구리의 고성능도 보장했습니다. - 기반 촉매. 선택성과 안정성. Xiao Jianping 팀은 Pb1Cu의 촉매 메커니즘과 활성 부위를 추가로 확인하여 Pb1Cu의 높은 촉매 활성과 높은 선택성의 근본 원인을 밝혔습니다.

Xiao Jianping 팀은 다양한 촉매 표면에서 CO2 감소의 활동 추세 변화를 시뮬레이션하기 위해 "이중 채널" 2차원 반응 단계 다이어그램을 구축했습니다. 이 연구는 전통적인 단일 촉매 반응 채널에 의해 확립된 활동 추세와는 달리 포름산염을 제조하기 위한 CO2 전기 환원 과정에서 카르복실산염(COOH*) 메커니즘과 포름산염(HCOO*) 메커니즘이 있어 "이중 채널"을 형성한다는 것을 발견했습니다. 촉매 반응.

따라서 CO2 전기환원을 통해 포름산염을 제조하는 과정의 활동 경향은 이중 활성 정점의 특성을 반영합니다. 반응상 다이어그램의 활성 추세에 대한 연구는 포름산염을 제조하기 위한 CO2 전기환원 반응에서 Pb1Cu 촉매가 주로 HCOO* 메커니즘을 따르며, 이는 더 나은 HCOO* 흡착 에너지가 Pb1Cu 촉매가 높은 이유임을 나타냅니다. CO2 전기환원 활동.

또한, 구리 부위는 Pb1Cu가 CO2의 전기환원을 촉매하여 포름산염을 생성하는 활성 부위인 것으로 확인되었습니다. 이 연구는 높은 활성과 특정 선택성을 지닌 전기촉매 물질을 설계하기 위한 새로운 아이디어를 제공합니다.

CO2 전기환원에 의해 제조된 포름산염의 이중 정점 1차원(a) 및 2차원(b) "반응 상태 다이어그램". 이중 채널을 기반으로 한 이론적 및 실험적 활동 추세 비교(c). CO2 전기환원의 자유 에너지 변화 다이어그램은 Pb1Cu 단일 원자 합금의 선택성을 연구하는 데 사용됩니다(d).

단일 원자를 통한 Copper-catalysed Exclusive CO2 to Pure Formic Acid Conversion이라는 제목의 관련 연구 결과 Alloying은 최근 Nature Nanotechnology에 게재되었습니다. 연구 작업은 중국과학원 청정에너지혁신연구소, 중국 국립자연과학재단, 중국과학원 전략적 우선순위 과학기술 특별 프로젝트(카테고리 B) 협력기금의 지원을 받는다. 기능성 나노시스템의 정확한 구성 원리 및 측정".