近日，中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)的研究人員設(shè)計(jì)了具有富集效應(yīng)的納米催化劑，結(jié)合流動(dòng)電解池的合理設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)了二氧化碳到目標(biāo)產(chǎn)物的高選擇性轉(zhuǎn)化。相關(guān)工作在線發(fā)表在德國《應(yīng)用化學(xué)》和《美國化學(xué)會(huì)志》上。

研究人員使用簡單的微波熱合成，通過反應(yīng)參數(shù)調(diào)節(jié)，制備了三種具有不同尖端曲率半徑的硫化鎘納米結(jié)構(gòu)。有限元模擬表明這種半導(dǎo)體材料尖端曲率半徑減小會(huì)引起尖端附近的電場強(qiáng)度增大，從而增強(qiáng)鉀離子在電極附近的富集。流動(dòng)電解池測試表明，這種多納米針尖硫化鎘催化劑性能優(yōu)于其他過渡金屬硫?qū)倩镫姶呋瘎?。除了利用納米多針尖的“近鄰效應(yīng)”實(shí)現(xiàn)對(duì)目標(biāo)離子的富集外，研究團(tuán)隊(duì)進(jìn)一步提出利用納米空腔的“限域效應(yīng)”來富集反應(yīng)中間體，實(shí)現(xiàn)二氧化碳到多碳燃料的高效率轉(zhuǎn)化。

以上研究表明了二氧化碳電還原反應(yīng)中催化劑納米結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)對(duì)催化性能的重要影響，納米尺度的富集效應(yīng)可有效增強(qiáng)關(guān)鍵中間體的吸附，從而推動(dòng)反應(yīng)高效率運(yùn)行。這種新的設(shè)計(jì)理念為今后相關(guān)電催化劑的設(shè)計(jì)和高附加值碳基燃料的合成提供了新的思路。