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。