近日，記者從內(nèi)蒙古科技廳獲悉，內(nèi)蒙古大學(xué)科研團(tuán)隊(duì)經(jīng)過(guò)不懈努力，在探索新型電催化二氧化碳還原材料領(lǐng)域取得重要突破。相關(guān)成果近日在線(xiàn)發(fā)表于國(guó)際能源類(lèi)期刊《先進(jìn)能源材料》。

在“碳中和”的國(guó)際大背景下，設(shè)計(jì)具有高活性和選擇性的二氧化碳電還原催化劑具有重要的現(xiàn)實(shí)意義和應(yīng)用前景。當(dāng)前，金、銀、銅、鉑等貴金屬及其相關(guān)材料仍然是人們探索二氧化碳還原電催化劑的熱點(diǎn)。然而，貴金屬催化劑具有催化活性低、產(chǎn)物選擇性差以及析氫效率高等問(wèn)題。

內(nèi)蒙古大學(xué)物理科學(xué)與技術(shù)學(xué)院趙忠龍副教授帶領(lǐng)團(tuán)隊(duì)，利用第一性原理計(jì)算模擬，首次提出了雙金屬單層電催化劑表面的“雙位泛函”機(jī)制。該機(jī)制能夠有效地抑制析氫副反應(yīng)，并提升將二氧化碳電還原為甲酸產(chǎn)物的活性和選擇性。然而，通過(guò)實(shí)驗(yàn)合成具有超薄殼層的雙金屬電極，仍然是一個(gè)挑戰(zhàn)。鑒于此，此次研究利用第一性原理計(jì)算模擬方法，首次提出過(guò)渡金屬碳化物和氮化物可以作為貴金屬單層的襯底。在保留“雙位泛函”的基礎(chǔ)上，這種襯底能夠顯著提升催化劑的電化學(xué)穩(wěn)定性。

實(shí)驗(yàn)表明，碳化物和氮化物支撐貴金屬單層以及單層團(tuán)簇催化劑中存在氫—襯底反鍵相互作用。這種相互作用能夠打破吸附氫與二氧化碳還原中間物之間的能量線(xiàn)性關(guān)系。此外，研究團(tuán)隊(duì)還通過(guò)理論模擬預(yù)測(cè)了一系列具有較高甲酸、甲醇和乙烯等碳?xì)浠衔锂a(chǎn)物選擇性的新型電催化劑，為提升電化學(xué)二氧化碳還原性能提供了新思路。