近日，中科院合肥研究院强磁场中心王辉课题组制备了超小铜纳米晶嵌入的氮掺杂碳纳米片催化剂(Cu/NC-NSs)，用来实现高效电催化CO2RR。相关结果发表在国际期刊ACS Applied Materials & Interfaces上。
随着工业化水平的提高和能源消耗的增多，大气中二氧化碳(CO2)浓度逐渐增加，使得生态环境遭受到严重破坏、能源短缺问题日益凸显。因此目前亟需催生新的科学技术来产生清洁能源，以摆脱对传统化石能源的过度依赖，减少CO2的排放。在众多CO2转化技术中，电催化二氧化碳还原反应(CO2RR)是一种非常具有潜力的转化技术，其能够在催化剂的作用下充分利用电能将CO2转化为所期望的新能源产物，降低空气中CO2的含量，应用前景广阔。
铜基纳米催化剂是目前发现的可以在电催化CO2RR中大量产生液态醇和深度还原CO2为C2+产物最具潜力的催化剂。相关研究表明，铜纳米晶体和掺杂物可以调控活性位点对产物的选择性，提高电催化CO2RR的转化效率。例如在铜纳米颗粒上包裹碳(C)和氮(N)之后，得益于C/N掺杂层所提供的良好电子供应能力和限制效应，可大大提高对C2H5OH的选择性。然而，这些铜基催化剂在CO2RR中只对单一产物呈现出高选择性，很难在不同电位高选择性地获得其他理想液体产物。此外，目前铜基催化剂在低电位下进行CO2RR时，对液态产物的选择性不太理想。
王辉课题组制备的超小铜纳米晶嵌入的氮掺杂碳纳米片催化剂(Cu/NC-NSs)，可用来实现高效电催化CO2RR。其中超小的铜纳米晶体镶嵌在氮掺杂的碳薄片中，有效地阻止了活性位点在CO2RR过程中的失活。其在气相扩散电极装置中进行电催化CO2RR，通过调节电位Cu/NC-NSs实现了对C2H5OH和HCOOH的高效选择，并展现出良好的催化稳定性。本工作为今后制备高效的铜基催化剂提供了新的思路和视角。
研究工作获得国家重点研发计划、国家自然科学基金、中科院合肥大科学中心协同创新培育计划、合肥市自然科学基金、合肥研究院院长基金拔尖培育计划、强磁场安徽省实验室方向基金等项目的资助。论文链接：https://pubs.acs.org/doi/full/10.1021/acsami.2c00050
Cu/NC-NSs催化剂合成及应用示意图