锡纳米颗粒催化剂可高效转化CO2

来自英国诺丁汉大学和伯明翰大学的合作团队研发出一种可持续催化剂。这种催化剂在使用过程中活性会增强，能将二氧化碳（CO2）转化为高价值产品。这一成果为设计下一代电催化剂提供了新途径。相关论文发表在10日的《ACS应用能源材料》期刊上。

  CO2是全球变暖的主要推手。将CO2转化为有用产品的传统方法通常依赖化石燃料制氢，而电催化方法利用可持续能源（如光伏和风能）和丰富的水。

  该催化剂以具有纳米纹理结构的碳为载体，支撑锡微粒。在电催化过程中，对催化剂施加电压会驱动电子穿过材料，与CO2和水发生反应，从而产生有价值的化合物。其中一种产物就是甲酸盐，它广泛用于合成聚合物、药品、黏合剂等化学产品。为了获得最佳效率，该过程必须在低电势下运行，同时保持高电流密度和高选择性，以确保有效利用电子将CO2转化为所需产品。

  研究人员测量了反应过程中CO2分子所消耗的电流，以评估催化剂性能。通常，催化剂在使用过程中会降解，导致活性降低。然而他们发现，在碳纳米结构上，锡微粒的电流在48小时内持续增加，几乎所有电子用于将CO2还原为甲酸盐，生产率提高了3.6倍，同时保持了近100%的选择性。

  研究人员认为，这是由于锡被分解成小至3纳米的颗粒。锡微粒与石墨化碳纳米纤维之间存在相互作用，在电子从碳电极转移到CO2分子中起到了关键作用，这是在外加电势下将CO2转化为甲酸盐的关键步骤。电子显微镜观察结果表明，更小的锡微粒与电极的纳米纹理碳实现了更好的接触，从而改善了电子传输，并将活性锡中心的数量增加了近10倍。

  这些发现为设计电催化载体开辟了新途径，通过精确控制催化剂与载体在纳米尺度上的相互作用，大大提高了将CO2转化为高价值产品的选择性和稳定性。