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[材料资讯] 杨建平课题组:超高稳定性的多孔铜基电催化剂助力二氧化碳资源化利用

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发表于 2021-3-19 15:47:55 | 显示全部楼层 |阅读模式
实现减排减碳成了国际社会的共识,“碳中和”便是其中的重要举措之一。2020年9月2日,国家主席习近平在联合国大会上首次表示“中国将提高国家自主贡献力度,采取更加有力的政策和措施,二氧化碳排放力争于 2030年前达到峰值,争取在2060年前实现碳中和”。针对削减二氧化碳排放及二氧化碳资源化利用,杨建平研究员课题组提出一种卤素稳定策略,实现二氧化碳高效转化为C2+产物及目前报道最高的240小时催化稳定性。相关成果以《Residual Chlorine Induced Cationic Active Species on Porous Cu Electrocatalyst for Highly Stable Electrochemical CO2 Reduction to C2+》为题发表于国际著名期刊《德国应用化学》 (Angewandte Chemie International Edition),该论文第一作者是材料学院博士生李民瀚,通讯作者是杨建平研究员,合作单位包括澳大利亚伍伦贡大学、英国萨里大学。

多孔铜基电催化剂

多孔铜基电催化剂
       电化学二氧化碳还原(CO2RR)是一种很有吸引力的方法来处理过量排放的二氧化碳,并以一种碳中和的方式产生有价值的燃料和化学品。铜基材料是一类独特的CO2RR电催化剂,因其能够将二氧化碳转化为有价值的深度还原产物,如多碳烃类和含氧化合物(C2+产物)。目前,有大量的研究致力于获得高的C2+产物法拉第效率,然而,作为另一个评价催化剂性能的重要参数,铜基催化剂的稳定性则往往只能持续几小时至几十小时。有限的稳定性研究表明,铜基催化剂在CO2RR过程中的失活原因主要有:结构的破坏,活性相的损失,溶解与毒化等等。
       杨建平研究员课题组设计了一种新颖的含卤素的催化剂前驱体——Cu4(OH)6FCl纳米片,通过反应条件下的活化,获得了多孔的Cu催化剂,在240小时连续反应下能够维持较高的C2+选择性。在最优的条件下,C2+产物法拉第效率和偏电流密度分别达到了53.8 %的15.0 mA/cm2。在240小时的连续稳定性测试中,高C2+产物法拉第效率和电流密度得到良好的保持。针对反应后的电极片上的催化剂的分析结果表明:1)活化后的催化剂为铜晶粒组成的片状的多孔金属铜。2)F元素在反应过程中不稳定,随着反应的进行逐渐流失,而Cl元素则能够在反应过程中,较为稳定的存在于活化后的Cu催化剂中。3)残留的Cl原子引起的稳定的混合价态的铜物种,以及反应中稳定的多孔片状结构共同贡献了高的C2+选择性和优异的稳定性。这项工作对于理解铜基催化剂上决定C2+选择性和稳定性提供了新的见解,为获得高稳定性的铜基CO2RR电催化剂提供了新的思路。
       该研究工作得到教育部霍英东青年教师基金、上海市东方学者特聘教授奖励计划、上海市科委、国家自然科学基金资助。
       原文链接:https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/anie.202102606


      文章来源:东华大学
      杨建平,东华大学教授。1984年11月出生于江西省吉安市。本科毕业于华中科技大学化学系,随后在复旦大学化学系获得硕士和博士学位,师从赵东元院士。 2013年至2016年在同济大学污染控制与资源化研究国家重点实验室、澳大利亚伍伦贡大学超导和电子材料研究所、澳大利亚莫纳什大学化学工程系从事博士后和访问学者研究。2016年通过东华大学人才引进加入材料学院、纤维材料改性国家重点实验室工作,担任研究员、博士生导师。研究工作致力于功能材料设计合成,及其在生物、环境和能源领域的应用。共发表SCI学术论文60多篇,包括Nat. Chem., Nat. Commun., J. Am. Chem. Soc. (6篇), Angew. Chem. Int. Ed. (2篇), Adv. Mater. (2篇)。论文总引用超过2700次,其中单篇引用过百论文10篇,ESI高被引论文12篇,SCI -index为25。

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