汪国雄、包信和《德国应用化学》：实现串联催化二氧化碳电化学还原制甲烷

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近日，我所催化基础国家重点实验室汪国雄研究员与包信和院士团队在二氧化碳电催化还原研究方面取得新进展。该团队实现了非铜基催化剂上串联催化二氧化碳电化学还原制甲烷，为二氧化碳电催化还原制碳氢化合物提供了新策略。
　　二氧化碳电催化还原利用清洁电能将二氧化碳和水转化为化学品和燃料，被认为是一种能同时实现碳循环利用和可再生能源存储的有效途径。将二氧化碳直接电化学转化为碳氢化合物涉及到多电子还原反应过程，存在转化路径复杂、选择性难以调控等科学问题。目前研究主要集中在铜基催化剂，非铜催化剂仅有少量报道，发展非铜催化剂电催化还原二氧化碳制碳氢化合物是一个值得探索的研究课题。

串联催化二氧化碳电化学还原制甲烷

　　本工作中，研究人员报道了一种酞菁钴（CoPc）和锌—氮—碳（Zn-N-C）串联催化剂，能有效地将二氧化碳电化学还原为甲烷。与单独酞菁钴或锌—氮—碳相比，这种串联催化剂的甲烷和一氧化碳的生成速率比提高了100倍以上。密度泛函理论计算和对照实验结果表明，二氧化碳首先在酞菁钴上还原为一氧化碳，然后一氧化碳扩散到锌—氮—碳上进一步转化为甲烷。这种串联催化策略将二氧化碳转化制备甲烷的过程分解为在两种活性位点上进行的串联电催化反应，在该串联催化体系中，酞菁钴通过提供一氧化碳使锌—氮位点中邻位氮上的吸附氢得以保留，从而提高了甲烷的生成速率。
　　相关工作发表在《德国应用化学》（Angew. Chem. Int. Ed.）上。该工作得到了国家自然科学基金、国家重点研发计划、中科院青年创新促进会等项目的资助。（文/图 林龙、刘天夫）
       文章链接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/anie.202009191
       文章来源：大连理工大学
       汪国雄，1979年出生，博士，中国科学院大连化学物理研究所研究员，博士生导师。2000年毕业于武汉大学化学与分子科学学院，获理学学士学位。同年进入中国科学院大连化学物理研究所，2006年获物理化学专业博士学位。毕业后留所工作，任助理研究员。2007年9月-2010年12月在日本北海道大学触媒化学研究中心从事博士后研究工作。2010年12月以所百人计划进入到催化基础国家重点实验室工作，任副研究员。2015年6月任研究员，2017年7月担任DNL21部B类组群碳基资源电催化转化研究组组长。在J. Am. Chem. Soc., Energy Environ. Sci., Nano Energy等学术期刊上发表论文60余篇，申请中国发明专利15件。
      包信和，男，汉族，1959生于江苏省。理学博士，中国科学院大连化学物理研究所研究员，博士生导师。1987年获复旦大学理学博士学位；1987-1989年在复旦大学化学系任教；1989-1995年获洪堡基金资助在德国马普协会柏林FRITZ-HABER研究所进行合作研究；1995年至今，在大连化学物理研究所工作，任催化基础国家重点实验室研究员，博士生导师，所学术委员会主任，洁净能源国家实验室（筹）能源基础和战略研究部部长，中国科学院研究生院教授；2000年8月至2007年2月，任中国科学院大连化学物理研究所所长；2009年4月至2014年6月任中国科学院沈阳分院院长；2009年当选为中国科学院院士；2015年7月至2017年6月任复旦大学常务副校长；2017年6月8日起任中国科学技术大学校长。