記者12日從中國科學技術大學獲悉，該校高敏銳教授課題組和俞書宏院士團隊設計了系列具有“富集”效應的納米催化劑，成功實現了二氧化碳到目標產物的高選擇性轉化。相關成果日前在線發表在《德國應用化學》和《美國化學會志》雜志上。
二氧化碳轉化技術不僅能夠降低大氣中的二氧化碳濃度，同時還可以得到諸多高附加值的碳基燃料。電催化二氧化碳還原技術具有可在常溫常壓下進行，能夠實現人為閉合碳循環等優點，為當前可再生能源的利用和化學燃料合成提供了一種具有應用前景的方法。通過更高效催化劑的理性設計與可控合成，并結合催化機制理解，從而實現二氧化碳電還原技術走向工業化應用成為研究重點與難點。
研究人員提出納米針尖的“近鄰效應”促進二氧化碳電還原過程，通過智能微波反應器的高通量篩選，制備了硫化鎘納米針陣列結構。研究發現隨著針尖之間距離的逐漸減小，鉀離子富集會不斷增強。流動電解池測試表明，這種多納米針尖硫化鎘催化劑由于“近鄰富集效應”，其性能大大優于其他過渡金屬硫屬化物電催化劑。該成果在線發表在《德國應用化學》雜志上，并被選為“卷首插畫”論文。
在利用納米多針尖的“近鄰效應”實現對目標離子的富集的基礎上，科研人員進一步提出利用納米空腔的“限域效應”來富集反應中間體，實現二氧化碳到多碳燃料的高效率轉化。研究成果發表在《美國化學會志》上。
以上研究成果表明了二氧化碳電還原反應中催化劑納米結構設計對催化性能的重要影響，納米尺度“富集效應”可有效增強關鍵中間體的吸附，從而推動反應高效率運行。這種新的設計理念為今后相關電催化劑的設計和高附加值碳基燃料的合成提供了新的思路。
