近日，中國科學(xué)院大連化學(xué)物理研究所催化基礎(chǔ)國家重點實驗室納米與界面催化研究中心研究員高敦峰、研究員汪國雄、中國科學(xué)院院士包信和等在一氧化碳（CO）電催化轉(zhuǎn)化方面取得新進展，實現(xiàn)了高活性、高選擇性和高穩(wěn)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)品是一條重要的非石油路線。費托合成等傳統(tǒng)的CO熱催化轉(zhuǎn)化路線需要通過水氣變換反應(yīng)提高H2/CO比例，排放出大量CO2。此外，在合成氣轉(zhuǎn)化反應(yīng)中通常有20%至50%的CO轉(zhuǎn)化為CO2和甲烷，進一步增加了碳排放。因此，亟需發(fā)展更加綠色、可持續(xù)的CO催化轉(zhuǎn)化新路線。

大連化物所實現(xiàn)一氧化碳高效電解制多碳燃料和化學(xué)品

可再生能源驅(qū)動的電催化過程以水作為氫源，可在溫和條件下實現(xiàn)CO電解轉(zhuǎn)化，同時利用還原電極電勢條件在根本上阻止了CO分子向CO2轉(zhuǎn)化的副反應(yīng)路徑。本工作中，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，實現(xiàn)了高效CO電解制C2+產(chǎn)物。在總電流密度為5A/cm2時，C2+產(chǎn)物法拉第效率達到87%，無CO2和甲烷等C1產(chǎn)物生成，C2+產(chǎn)物收率達到85%。該過程電解性能高，與熱催化合成氣轉(zhuǎn)化相比具有更高的CO轉(zhuǎn)化速率和C2+收率。工況拉曼光譜和密度泛函理論計算結(jié)果表明，銅納米顆粒催化劑上的豐富晶界位點促進了碳-碳偶聯(lián)。團隊進一步組裝了5節(jié)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，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(zhuǎn)化制高值C2+燃料和化學(xué)品的一條實用路線。

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，于近日發(fā)表在《自然-通訊》（Nature Communications）上。該工作的共同第一作者是大連化物所已畢業(yè)博士研究生李合肥、博士后魏鵬飛和助理研究員劉天夫。上述工作得到國家重點研發(fā)計劃、國家自然科學(xué)基金、遼寧省興遼英才計劃、大連化物所創(chuàng)新基金等項目的支持。

文章鏈接：https://www.nature.com/articles/s41467-024-49095-2