CO2还原，既关乎环境，又关乎能源，可谓当今催化领域的最重要议题之一。我们整理了谢毅、韩布兴、俞书宏三位院士课题组及其合作者在CO2还原领域的最新进展，供大家学习交流。
合成气（CO/H2）是生产多种高价值化学品和液体燃料的原料，电化学还原CO2制合成气前景广阔。然而，高效制备合成气仍是一大挑战。近日，来自中国科学院化学研究所韩布兴院士、Qinggong Zhu等发现碳纸上电化学合成的缺陷硒化铟（γ‐In2Se3/CP）该反应性能极高。
研究发现，通过调变电解质[Bmim]PF6和H2O的组成或者改变采用的电位可以有效大范围调控生成产物CO和H2间的比例（1/3到1/24），且产物仅有CO和H2。当使用纳米花状γ‐In2Se3/CP为电极时，产生CO/H2为1/1时，电流密度可高达90.1mA cm-2。此外，在极低过电位下（220mV）,CO的法拉第效率高达96.5%，电流密度为55.3 mA cm‐2。该催化剂高效的电催化性能主要来源于其上的缺陷、三维结构、催化剂与载体间的相互作用获得的较多的活性位点、低的电子传递阻力、较大的电化学表面积等等。该研究为缺陷高效电化学还原CO2催化剂的设计提供了新的途径。Dexin Yang, Qinggong Zhu, Xiaofu Sun, ChunjunChen, Weiwei Guo, Guanying Yang, Buxing Han*, Electrosynthesis of defectiveindium selenide with 3D structure on substrate for tunable CO2electroreduction to syngas, Angew Chem, 2019.DOI: 10.1002/ange.201914831https://onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1002/ange.201914831?af=R
第一作者：Fei-Yue Gao、Shao-Jin Hu高曲率过渡金属硫族化物纳米结构高效电催化CO2还原将CO2电化学还原为高附加值的化学品和燃料可以以化学键的形式存储可再生能源（太阳能，风能等）。在CO2还原反应（CO2RR）产生的众多产品中，CO特别重要，因为使用H2O作为反应介质实现CO到燃料的转化在动力学上更有利。但是到目前为止，具有高CO部分电流密度（jCO）（> 200 mA cm-2）和法拉第效率（FE）大于95％的无贵金属催化剂几乎未见报道。将CO2转化为有用燃料的挑战主要来自将CO2转化为CO2•或其它中间体的过程，这通常需要贵金属催化剂，高过电势和/或电解质添加剂（例如，离子液体）。近日，中科大俞书宏，高敏锐等报道了一种微波加热策略，用于合成过渡金属硫属元素化物纳米结构，该结构可以有效地将CO2电还原为CO。
实验表明，合成的硫化镉（CdS）纳米针阵列在1.2V（相对于可逆氢电极）电压下电催化CO2RR，具有212 mA cm-2的电流密度，CO法拉第效率为95.5±4.0％。实验和计算研究表明，具有强的邻近效应的高曲率CdS纳米结构催化剂会产生较大的电场增强作用，这可以浓缩碱金属阳离子，从而提高CO2的电还原效率。
Fei-Yue Gao, Shao-Jin Hu, Min-Rui Gao*,Shu-Hong Yu*, et al. High‐curvature transition metal chalcogenide nanostructures with profoundproximity effect enable fast and selective CO2 electroreduction. Angew.Chem. Int. Ed., 2019DOI: 10.1002/anie.201912348https://onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1002/anie.201912348第一作者：Liang Liang、Xiaodong Li、Jiachen Zhang金属态CoN多孔原子层实现近100％CO选择性的高效红外光诱导CO2还原传统光催化剂光催化还原CO2普遍效率较低，存在光吸收不足、低的本征载流子密度、低的氧化还原反应动力学等缺点。利用导体有望在红外光CO2还原制燃料领域取得应用。但导体极高的载流子密度易导致强的电子-空穴复合。鉴于此，来自中国科学技术大学孙永福、谢毅、张群等人报道了一种利用超薄多孔结构的导体延长光生电子的策略。
以合成的金属态CoN多孔原子层为例，研究人员通过同步辐射光电子能谱和紫外可见近红外光谱研究发现，该催化剂可以在红外光照射下同时实现CO2还原和H2O氧化。超快瞬态吸收光谱研究首先揭示了红外光激发的电子经历了连续的带内弛豫和带间重组过程。这两个过程中光生电子的时间分别增加了9倍和1.6倍，证实了Na2S溶液的加入能有效延长电子的生命周期。金属态CoN多孔原子层用于红外光诱导CO2还原获得了近100%的CO选择性，且当加入Na2S溶液后，CO释放速率提高了50倍。这些研究为实现高效红外光驱动的二氧化碳还原提供了可能性。Liang Liang, Xiaodong Li, Jiachen Zhang,Peiquan Ling, Yongfu Sun*, Chengming Wang, Qun Zhang*, Yang Pan, Qian Xu, JunfaZhu, Yi Luo, Yi Xie*, Efficient Infrared Light Induced CO2 Reduction withNearly 100% CO Selectivity Enabled by Metallic CoN Porous Atomic Layers, NanoEnergy, 2019.DOI: 10.1016/j.nanoen.2019.104421https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S221128551931136X?dgcid=rss_sd_all
