汪国雄等提出高选择性一氧化碳电解制乙酸的新策略

tianliang

近日，我所催化基础国家重点实验室纳米与界面催化研究中心碳基资源电催化转化研究组（523组）汪国雄研究员和高敦峰研究员团队在一氧化碳（CO）电解制备燃料和化学品研究中取得新进展，提出了通过构建金属—有机界面调控反应微环境，实现高选择性CO电解制乙酸的新策略。
　　二氧化碳（CO2）电解制乙烯、乙酸等多碳（C2+）产物是一种提高可再生能源消纳水平和实现碳循环利用的负碳技术。碱性CO2电解可以实现C2+产物的高效电合成，但CO2利用效率低。该问题有望通过串联催化路线（CO2-CO-C2+）解决：即先通过固体氧化物或酸性CO2电解制CO，再通过碱性CO电解制C2+产物。当前，CO电解制C2+产物已实现了高电流密度和高C2+选择性，但在高电流密度下单一C2+产物选择性依然较低。

　　本工作基于团队自主研发的碱性膜电解器（Nat. Nanotechnol.，2023），利用分子催化剂的原位电化学重构，构建出金属（铜）—有机界面，诱导形成有利于乙酸路径的反应微环境，从而提高了乙酸选择性：在电流密度为500mA/cm2时，乙酸法拉第效率和碳选择性分别达到84.2%和92.1%；乙酸分电流密度最高达到605mA/cm2，对应乙酸生成速率为0.38mmol/min，乙酸收率为63.4%。工况拉曼光谱表征和理论计算结果表明，铜—有机界面促进了CO吸附以及乙酸相对于乙烯等其它C2+产物的形成。深入研究催化活性位点、有机配体和反应中间物种之间的复杂相互作用，有望进一步实现高活性、高选择性CO2/CO电解制其它单一C2+产物。
　　相关研究成果以“Directing the Selectivity of CO Electrolysis to Acetate by Constructing Metal-Organic Interfaces”为题，发表在《德国应用化学》（Angewandte Chemie International Edition）上。该工作的共同第一作者是我所523组与大连海事大学联合培养硕士毕业生荣佑文、刘天夫助理研究员。上述工作得到国家重点研发计划、国家自然科学基金、国家教育部能源材料化学协同创新中心（2011·iChEM）、我所创新基金等项目的支持。（文/图 荣佑文、高敦峰）
　　文章链接：https://doi.org/10.1002/anie.202309893
       文章来源：大连化物所
       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。
        高敦峰，男，理学博士，研究员，博士生导师。1987年出生于山东东平。2009年本科毕业于中国石油大学（材料化学专业），同年保送到中国科学院大连化学物理研究所硕博连读，2015年获理学博士学位（物理化学专业），导师：包信和院士、汪国雄研究员。2015-2019年先后在德国波鸿鲁尔大学和马普学会弗里茨哈伯研究所开展博士后研究，合作导师：Beatriz Roldan Cuenya教授。2019年9月作为引进人才回到大连化物所工作，任副研究员，2021年1月晋升为研究员。入选大连化物所张大煜青年学者。主要研究方向为二氧化碳电还原、甲烷电氧化、电解水等电催化反应及其催化材料。相关研究工作发表在Nat. Catal., J. Am. Chem. Soc., Angew. Chem. Int. Ed., ACS Nano, Acc.Chem. Res., ACS Catal., ACS Energy Lett., Sci. China Chem.等期刊上。近年来在发表研究论文40篇（ResearcherID: O-9905-2015），申请和授权发明专利2项，主持和参与基金委、中科院多项课题，担任Nature Catalysis, ACS Catalysis, Applied Catalysis B等期刊审稿人。