大連化物所實(shí)現一氧化碳高效電解制多碳燃料和化學(xué)品
來(lái)源: | 作者:chemical-101 | 發(fā)布時(shí)間: 2024-06-07 | 1241 次瀏覽 | 分享到:
近日,中國科學(xué)院大連化學(xué)物理研究所催化基礎國家重點(diǎn)實(shí)驗室納米與界面催化研究中心研究員高敦峰和汪國雄、中國科學(xué)院院士包信和等,在一氧化碳(CO)電催化轉化方面取得進(jìn)展。該成果實(shí)現了高活性、高選擇性和高穩定性CO電解制多碳(C2+)燃料和化學(xué)品。

近日,中國科學(xué)院大連化學(xué)物理研究所催化基礎國家重點(diǎn)實(shí)驗室納米與界面催化研究中心研究員高敦峰和汪國雄、中國科學(xué)院院士包信和等,在一氧化碳(CO)電催化轉化方面取得進(jìn)展。該成果實(shí)現了高活性、高選擇性和高穩定性CO電解制多碳(C2+)燃料和化學(xué)品。

利用煤、天然氣和生物質(zhì)衍生的CO合成乙烯等高值燃料和化學(xué)品是重要的非石油路線(xiàn)。費托合成等傳統的CO熱催化轉化路線(xiàn)需要通過(guò)水氣變換反應提高H2/CO比例,但排放出大量CO2。此外,合成氣轉化反應通常有20%至50%的CO轉化為CO2和甲烷,增加了碳排放。因此,亟需發(fā)展更加綠色、可持續的CO催化轉化新路線(xiàn)。

可再生能源驅動(dòng)的電催化過(guò)程以水作為氫源,可在溫和條件下實(shí)現CO電解轉化,并利用還原電極電勢條件在根本上阻止了CO分子向CO2轉化的副反應路徑。該團隊利用具有高密度晶界的銅催化劑和堿性膜電極電解器/電堆,實(shí)現了高效CO電解制C2+產(chǎn)物。在總電流密度為5A/cm2時(shí),C2+產(chǎn)物法拉第效率達到87%且無(wú)CO2和甲烷等C1產(chǎn)物生成,C2+產(chǎn)物收率達到85%。該過(guò)程電解性能高,與熱催化合成氣轉化相比具有更高的CO轉化速率和C2+收率。工況拉曼光譜和密度泛函理論計算結果表明,銅納米顆粒催化劑上的豐富晶界位點(diǎn)促進(jìn)了碳-碳偶聯(lián)。進(jìn)一步,該團隊組裝了5節100cm2的堿性膜電堆,其電解功率最高達到5.8kW。在總電流為400A時(shí),C2+生成速率為118.9mmol/min,乙烯生成速率達到1.2L/min。該研究表明CO電解是CO催化轉化制高值C2+燃料和化學(xué)品的實(shí)用路線(xiàn)。

相關(guān)研究成果以CO electrolysis to multicarbon products over grain boundary-rich Cu nanoparticles in membrane electrode assembly electrolyzers為題,發(fā)表在《自然-通訊》(Nature Communications)上。研究工作得到國家自然科學(xué)基金、國家重點(diǎn)研發(fā)計劃、遼寧省“興遼英才”計劃、大連化物所創(chuàng )新基金等的支持。