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【材料】J MATER CHEM A综述:钴基催化剂二氧化碳光/电还原

不可再生化学燃料的大量消耗,不仅加剧了能源危机,而且伴随而来的温室气体二氧化碳的大量释放也加重了全球气候变暖。利用价格低廉地球储量丰富的元素材料作催化剂/助催化剂来催化还原二氧化碳,将其增值为燃料分子或其他化学原料,可以同时解决以上问题。受启发于植物的光合作用,二氧化碳光还原通常由光催化剂,光敏剂和牺牲剂组成,该系统在光照条件下与二氧化碳发生反应,主要包括太阳光吸收,电荷转移和二氧化碳还原过程。二氧化碳电还原是通过外加电压在溶液内实现的。二氧化碳光还原主要的问题是光生电子空穴对的快速复合,而二氧化碳电还原需要克服的是高过电势和低法拉第效率。

对于二氧化碳催化还原反应,最重要的是催化剂的选择:它既可以降低还原反应的能垒又可以加快反应的进程。在二氧化碳还原领域,过渡金属催化剂,尤其非贵金属,由于其极高的催化活性、产物选择性和催化剂稳定性一直备受人们的喜爱。钴基催化剂在众多的催化剂中脱颖而出,它具有适中的二氧化碳吸附强度,多价态(Co0,CoI,CoII,CoIII和CoIV,二氧化碳还原反应中主要涉及CoII和CoI两个价态),高配位数,不饱和d电子轨道和合金特性。钴基催化剂的主要产物为一氧化碳和甲酸/甲酸盐。钴基催化剂可以分为金属,无机金属氧化物和金属有机复合物。钴基金属催化剂的催化性能依赖于其颗粒尺寸,化学成分,形貌以及其与反应物/支撑物/溶剂的相互作用;厚度,晶面,缺陷和衬底等会影响无机钴基金属氧化物的催化性能;以上二者的结合,部分氧化的金属薄层在相同情况下表现出更好的催化性能。钴基金属有机复合物因其可通过结构调节比如配体调制实现可调的反应势垒和高产物选择性展现出极好的催化特性。

钴基催化剂的催化性能可以通过二氧化碳吸附、激活、转化、产物选择性和催化剂稳定性等五个方面进一步得到提升,比如调制(尺寸,组成成分,结构等),掺杂,改变合成方法,助催化剂辅助等等。本综述对指引钴基催化剂二氧化碳催化还原的研究具有重要的意义。

论文相关信息如下

期刊:Journal of Materials Chemistry A

链接:

https://pubs.rsc.org/en/content/articlelanding/2019/TA/C9TA03892B#!divAbstract

日期:2019.07.15

作者名单:

Caihong Li, Xin Tong, Peng Yu, Wen Du, Jiang Wu,* Heng Rao* and Zhiming M. Wang*

 

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