古志远等发表CO2电还原研究新策略

xiuxing

近日，我校化科院古志远教授课题组在二氧化碳电催化还原领域取得重要研究进展。相关成果以“Asymmetric Low-Frequency Pulsed Strategy Enables Ultralong CO2Reduction Stability and Controllable Product Selectivity”为题发表在J. Am. Chem. Soc.《美国化学会志》上（https://pubs.acs.org/doi/10.1021/jacs.2c09501），并作为Supplementary Cover亮点展示。J. Am. Chem. Soc.（IF=16.383）是化学领域公认的著名权威期刊。
         电化学法还原CO2获得高附加值化学品和工业原料是一种极具发展前景的策略。铜基催化剂因其具备将CO2转化为多碳产物的特点而被广泛研究。然而，催化剂的稳定性差和选择性低等因素限制了它们的实际应用。目前，已有大量的调控策略被用于改善催化剂的稳定性和选择性。其中，脉冲电化学CO2还原反应（p-CO2RR）被认为是一种简单可行的策略。然而，常规的对称脉冲导致低的有效还原时间和低的电能利用效率。同时，高频的脉冲电位切换也很难调节催化剂达到最优的催化状态。因此，如何发展和丰富p-CO2RR使之更具高效性和普适性是一个巨大的挑战。
         基于此，南京师范大学的古志远教授课题组提出一种简单有效的不对称低频脉冲策略（ALPS），显著地提高了CO2RR中Cu-二甲基吡唑配合物[Cu3(DMPz)3]催化剂的稳定性和选择性。这种ALPS策略可调控原位衍生的铜基纳米簇的氧化态，从而获得很好的目标产物选择性；此外，该策略可使得纳米簇高度分散在配合物基底上，防止长期测试过程中的团聚，由此催化剂表现出超长的稳定性。在传统的恒电位条件下，Cu3(DMPz)3表现出较差的催化性能，其中FEC2H4为34.5%，FECH4为5.9%，并且稳定性只能维持1h。因此，本文针对CH4和C2H4相应地设计了两种独特的ALPS方法。ALPS-1可提高材料对CH4产物的选择性最高至FECH4=80.3%（在24小时内高于76.6%），且可获得超长的电催化稳定性至300 h（FECH4> 60%）；ALPS-2可提高材料对C2H4产物的选择性最高至FEC2H4=70.7%（在24小时内高于66.8%），且稳定性高达145 h（FEC2H4> 50%）。同时，该策略适用于其他铜催化剂，如Cu-MOF和金属Cu及其氧化物，因此展现出很好的普适性。

不对称低频脉冲策略（ALPS）应用于CO2RR示意图。

        作者提出的这种简单高效的不对称低频脉冲策略用于CO2RR，实现了超长的稳定性和选择性的调控。该方法应用于多种催化剂，均表现出良好的普适性。ALPS拓展了催化剂的调控手段，其应用潜力值得进一步挖掘和探索。
         我校化科院博士研究生张祥达为该论文第一作者、刘天阳为该论文共同第一作者，古志远教授为通讯作者。南京师范大学为唯一单位。
          文章来源：南京师范大学
       古志远，南京师范大学化学与材料科学学院，教授，江苏特聘教授（择优资助）。近年来一直从事先进材料分析化学的研究工作，致力于高灵敏度和高选择性分析技术和方法的创新。发展了基于金属有机骨架（MOFs）介质的高效分离方法；建立了基于MOFs的甲醛、持久性有机污染物等富集新方法；率先拓展了MOFs水相仿生催化与传感应用；并获得了室温量子产率达99.9%的新型MOFs荧光传感器。期间在Acc. Chem. Res.（1篇）、J. Am. Chem. Soc.（2篇）、Angew. Chem. Int. Ed.（2篇）、Anal. Chem.（2篇）等化学与分析化学顶级期刊上发表SCI收录论文22篇，其中10篇入选ESI Top 1%高被引论文，截止目前，所发表论文被正面引用2400余次。