康毅进教授团队在Nature Catalysis发表研究成果


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 近日,电子科技大学基础与前沿研究院康毅进教授团队与美国西北大学、特拉华大学和德克萨斯大学奥斯汀分校合作,在《Nature Catalysis》上发表题为“Two-dimensional copper nanosheets for electrochemical reduction of carbon monoxide to acetate”的研究论文。康毅进教授团队博士生付先彪、联合培养博士生Wesley Luc为该论文共同第一作者,康毅进教授为该论文通讯作者,电子科技大学基础与前沿研究院为论文第一单位。

Nature Catalysis》是《Nature》(自然)出版集团2018年推出的旗舰性子刊(俗称大子刊),主要介绍均相催化,异相催化以及生物催化等领域的最新研究成果。

将二氧化碳(CO2)转化为高价值的多碳产物(C2+)是实现碳循环和减轻温室效应的有效途径。近年来,CO2的高效转化成为了科学家最关心的议题之一。目前研究进展表明,将CO2高选择性(电流效率达90-99%)和高效(电流密度大于100 mA cm-2)地转化为一氧化碳(CO)已基本实现。在众多CO2/CO电还原催化剂中,铜是唯一可将CO2/CO转化为多碳产物的单一金属催化剂。如何高效和高选择性地将CO进一步电还原为富有价值的多碳产物是实现碳循环的关键环节之一。为了解决该难题,在本研究中合成了结构规整的Cu纳米片(Cu nanosheets)用于CO电还原,在2 M KOH电解液中,实现了48%的法拉第效率(Faradaic efficiency),乙酸盐的分电流密度可达131 mA cm-2(已达到商业化电流密度要求>100 mA cm-2)。进一步研究发现,铜纳米片主要暴露的是{111}晶面,Cu {111}晶面抑制乙醇和乙烯等多碳产物从而提升了乙酸盐的选择性。该研究不仅使CO高选择性和高效地电还原为有价值的化学品迈上了新台阶,而且作为模型催化剂为CO电还原制多碳产物的机理研究提供了更深入的认识。

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图示:Cu纳米片的物理表征和CO电还原性能。(a)催化过程示意图;(b)三角形Cu纳米片的TEM;(cCu纳米片的AFM;(d)在Si晶片上组装的Cu纳米片的XRD图,明显增强的(111)峰,插图是Cu纳米片的SAEDHRTEM;(e)在2 M KOH中,Cu纳米片的CO电还原总电流密度和法拉第效率随外加电压的变化;(f)在SHE标度下,乙酸盐部分电流密度和Tafel分析。


论文链接https://www.nature.com/articles/s41929-019-0269-8


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康毅进,电子科技大学教授、博导,美国宾夕法尼亚大学博士,美国Argonne国家实验室完成博士后研究。研究工作主要着重于化学、纳米科学、材料科学在生物医药以及催化和能源领域的应用,在Science, PNAS, Angewandte Chemie, Nano Letters Journal of the American Chemical Society等顶尖学术期刊上发表论文近40, 论文总引用次数超过5200次,h-index 25