西北大学AM: 构建介孔NiO纳米纤维，用于电催化CO2还原制乙醇

学术 2024-10-07 11:00 广东

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目前人们付出许多努力来开发能够有效地将CO₂还原成C₂₊醇的非Cu催化剂。在众多已开发的催化剂中，Ni基催化剂表现出独特的C-C偶联和CO₂RR性能，区别于铜基催化剂。例如，有工作已经证明，Ni⁰-Ni^δ+位点可以诱导直接*COOH-CH_x偶联产生C₃₊产物。

此外，Ni₃Al合金可以将CO₂还原成C₃H₇OH，但其法拉第效率(FE)低约2%，因为金属Ni表面倾向于被强的CO吸附毒害，导致发生竞争性析氢反应(HER)。这些研究结果表明，Ni基催化剂在CO₂还原为高附加值的C₂₊醇方面有很大的应用前景，而高选择性的CO₂-C₂H₅OH转化尚未实现。

近日，西北工业大学潘富平、陈凯杰和段志遥等利用嵌段共聚物聚丙烯腈-嵌段甲基丙烯酸甲酯(PAN-b-PMMA)的微相分离，构建了一种介孔NiO纳米纤维催化剂(B-NiO)，其可以使高选择性的电还原CO₂形成C₂H₅OH。

实验结果表明，嵌段共聚物的微相分离产生了高度介孔结构，形成了一个具有富CO₂和缺H₂O界面局部反应环境，有利于抑制HER和促进CO₂还原。B-NiO催化剂在−0.6 V下的C₂H₅OH法拉第效率达到了75.2%，优于大多数报道的非Cu和Cu基催化剂。

此外，在−0.6 V电压下连续电解9小时期间，B-NiO的电流密度没有发生衰减，并且C₂H₅OH的法拉第效率也得到维持；并且，反应后催化剂的相结构、纳米颗粒大小、结晶度和多孔结构保持不变，表明B-NiO具有优异的稳定性。

原位光谱表征和理论计算表明，与Cu上的*CO二聚反应不同，极化Ni²⁺-O²⁻位点上的强CO₂吸附触发NiO的非常规C-C偶联机制。NiO上C-C键的形成为*CO₂和*COOH的直接偶联，随后通过形成*COCOH和*OC₂H₅的途径将*CO₂-COOH还原为乙醇。该路径有效降低了反应能垒，从而实现乙醇的高效生成。

总的来说，该项工作报道了一种不同于Cu催化剂的C-C偶联新机制，有助于激发用于合成C₂₊产物的催化剂创新，并有希望促进选择性CO₂电还原到更广泛的有价值的C₂₊产物。

Ni-electrocatalytic CO₂ reduction toward ethanol. Advanced Materials, 2024. DOI: 10.1002/adma.202410125

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