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科技日報記者?張景陽?通訊員?胡紅波
記者25日從內(nèi)蒙古科技廳獲悉，內(nèi)蒙古大學(xué)科研團隊經(jīng)過不懈努力，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)成果近日在線發(fā)表于國際能源類期刊《先進能源材料》。
在“碳中和”的國際大背景下，設(shè)計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。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)團隊，利用第一性原理計算模擬，首次提出了雙金屬單層電催化劑表面的“雙位泛函”機制，能夠有效地抑制析氫副反應(yīng)并提升二氧化碳電還原為甲酸產(chǎn)物的活性和選擇性。然而，實驗合成具有超薄殼層的雙金屬電極仍然是一個挑戰(zhàn)。鑒于此，該研究利用第一性原理計算模擬方法，首次提出過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，能夠顯著提升催化劑的電化學(xué)穩(wěn)定性。
實驗表明，碳化物和氮化物支撐貴金屬單層以及單層團簇催化劑中存在氫-襯底反鍵相互作用，能夠打破吸附氫和二氧化碳還原中間物之間的能量線性關(guān)系。此外，研究團隊通過理論模擬預(yù)測了一系列具有較高甲酸、甲醇和乙烯等碳氫化合物產(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。
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