网易首页 > 网易号 > 正文 申请入驻

《Nature Catalysis》:让纳米反应器自己“加压”!CO2电还原制乙醇的新突破

0
分享至

近日,吉林大学崔小强教授团队联合香港城市大学黄渤龙教授、中国科学院大连化学物理研究所祁琨研究员以及德国马克斯-普朗克可持续材料研究所周徐洋教授,在电催化CO2还原领域取得重要进展。研究团队创新设计了一种纳米限域超饱和反应器,通过构建局部CO2富集环境,实现催化界面反应物的高效调控,突破了CO2电还原过程中C-C偶联效率低以及C-O键选择性调控困难等关键瓶颈,显著提升了CO2向乙醇的定向转化性能。相关研究成果以“Nanoconfined Supersaturated Reactors for Efficient CO2-to-Ethanol Electroreduction”为题发表于催化领域顶级期刊《Nature Catalysis》。

论文链接:

https://doi.org/10.1038/s41929-026-01601-z


利用可再生电力驱动CO2电催化转化,将温室气体转化为燃料和高附加值化学品,是实现碳资源循环利用和绿色化学制造的重要技术路径。其中,乙醇作为兼具高能量密度和工业应用价值的多碳液体产物,被认为是CO2电还原领域的重要目标产物。然而,高效构筑C-C键并精准调控C-O键保留是决定乙醇选择性的关键。传统电催化体系中,由于CO2在水溶液中的低溶解度和缓慢传质过程,催化剂表面的*CO中间体覆盖度有限,难以实现高效偶联;与此同时,乙烯生成、析氢以及CO脱附等竞争反应进一步降低了乙醇选择性。因此,如何突破CO2低浓度限制,实现关键中间体的有效富集和精准耦合,成为推动CO2电还原制乙醇走向实际应用亟需解决的重要挑战。

针对这一问题,研究团队提出了“纳米自增压反应器”的新策略,设计了一种具有内部空腔结构的铜基纳米限域催化体系(CuCav-CH3@C)。该结构通过将空间限域效应与局部CO2过饱和效应相结合,在催化剂内部构建了一个区别于传统界面的高浓度CO2反应微环境,提高反应物在催化界面的有效浓度,从而促进后续多碳产物形成。



图1. CuCav-CH3@C纳米限域反应器的结构示意图及形貌表征


图2. CuCav-CH3@C在高压电解槽内CO2富集条件下的电解性能

在高压CO2电解条件下,CuCav-CH3@C展现出优异的乙醇生成性能。在1.00 MPa CO2压力下,乙醇法拉第效率随电位变化呈现典型火山型趋势,并在-1.10 V vs. RHE条件下乙醇法拉第效率可达70.3% ± 3.5%,分电流密度可达245.9 ± 4.2 mA cm-2。


图3. 基于原位ATR-SEIRAS的CO2电还原反应机理探究

为了揭示纳米空腔促进乙醇生成的内在机制,研究团队利用原位ATR-SEIRAS技术实时监测反应过程中的关键中间体。证明纳米限域结构能够有效促进CO2富集,以及局部CO2富集不仅促进C-C偶联,同时能够稳定后续乙醇生成路径中的关键含氧中间体,抑制C-O键过度断裂,从而避免产物进一步脱氧生成乙烯。



图4. 基于DFT和MD模拟的CO2RR反应机理的深入解析

密度泛函理论计算和分子动力学模拟进一步揭示了纳米限域增强CO2还原的微观机制。由于纳米空腔的限域作用,内部能够形成明显高于开放表面的局域CO2浓度,并产生自增压的效果。DFT计算表明,适度提高局部CO2分压能够降低C-C偶联相关步骤的反应能垒,促进多碳产物形成。

吉林大学博士研究生靳兆勇、韩天融同学与香港城市大学孙明子博士为论文的共同第一作者,吉林大学崔小强教授、香港城市大学黄渤龙教授、大连化物所祁琨研究员及德国马普可持续材料研究所周徐洋教授为论文的共同通讯作者。该工作得到了国家自然科学基金、国家重点研发计划、中国科学院人才计划B类研究基金、吉林省科技发展计划项目、中国科学院大连化学物理研究所、辽宁省优秀青年科学家基金、中国科学院战略性先导科技专项、香港研究资助局、国家自然科学基金/香港研究资助局联合研究计划、国家自然科学基金/香港研究资助局合作研究计划、国家自然科学基金优秀青年科学基金项目(海外)的资助。

本文来自:吉林大学

欢迎留言,分享观点。点亮❤



特别声明:以上内容(如有图片或视频亦包括在内)为自媒体平台“网易号”用户上传并发布,本平台仅提供信息存储服务。

Notice: The content above (including the pictures and videos if any) is uploaded and posted by a user of NetEase Hao, which is a social media platform and only provides information storage services.

相关推荐
热点推荐
孙心然生涯首次晋级巡回赛八强 “不能让支持我的人失望”

孙心然生涯首次晋级巡回赛八强 “不能让支持我的人失望”

北青网-北京青年报
2026-10-29 19:20:04
首批“新能源汽车”开始换电池了,看到价格,车主都不说话了

首批“新能源汽车”开始换电池了,看到价格,车主都不说话了

沙雕小琳琳
2026-10-28 19:17:12
4岁痛失双腿的“篮球女孩”,现年28岁气质出众,还当了公务员

4岁痛失双腿的“篮球女孩”,现年28岁气质出众,还当了公务员

调侃国际观点
2026-10-29 11:38:40
突然异动!603536,直线涨停

突然异动!603536,直线涨停

证券时报
2026-10-29 11:03:03
普京:马斯克是天才

普京:马斯克是天才

上观新闻
2026-10-29 14:37:00
白酒立大功?医生发现:经常喝白酒的老人,或有这4个健康益处?

白酒立大功?医生发现:经常喝白酒的老人,或有这4个健康益处?

芹姐说生活
2026-10-04 23:05:01
美国卫星在90公里外拍下中国空天飞机,还拍到它对接了另一颗卫星

美国卫星在90公里外拍下中国空天飞机,还拍到它对接了另一颗卫星

科学边界哦
2026-10-28 23:59:28
前夫:她性欲太强我受不了,拒给儿女抚养费,叶蕴仪53岁逆风翻盘

前夫:她性欲太强我受不了,拒给儿女抚养费,叶蕴仪53岁逆风翻盘

落雪听梅a
2026-10-23 17:00:43
又打起来了,特朗普不宣而战,美军在太平洋开火,5人当场身亡

又打起来了,特朗普不宣而战,美军在太平洋开火,5人当场身亡

阿晪美食
2026-10-29 08:43:07
关于性生活的10个谣言,你信了几个?

关于性生活的10个谣言,你信了几个?

精彩分享快乐
2026-10-12 21:00:07
正负值负十七!美媒:七十六人首发中,詹姆斯是唯一正负值为负数的

正负值负十七!美媒:七十六人首发中,詹姆斯是唯一正负值为负数的

萌妈
2026-10-28 13:12:58
要求春晚导演向全国人民道歉,入美籍还回国捞金,她究竟啥来头?

要求春晚导演向全国人民道歉,入美籍还回国捞金,她究竟啥来头?

北海史记
2026-10-28 14:14:36
白百合又离婚了?网友表示羡慕白百合,虽婚姻不顺,但有子傍身

白百合又离婚了?网友表示羡慕白百合,虽婚姻不顺,但有子傍身

长颈鹿娱乐资讯
2026-10-29 16:22:13
国乒前功勋主帅现状:曾与王楠闹翻,今定居北京,女儿成国乒劲敌

国乒前功勋主帅现状:曾与王楠闹翻,今定居北京,女儿成国乒劲敌

探长影视解说
2026-10-29 19:08:51
林徽因落选的国徽方案,网友看后感叹:审美确实一绝,但真不合适

林徽因落选的国徽方案,网友看后感叹:审美确实一绝,但真不合适

兴趣知识
2026-07-04 01:34:41
无人摸到61席门槛!反对党逼他下台,内塔尼亚胡怒吼“我们会死”

无人摸到61席门槛!反对党逼他下台,内塔尼亚胡怒吼“我们会死”

国际法大视野
2026-10-28 19:58:04
平陆运河再厉害,解决不了广西的根本问题!老百姓看得最明白

平陆运河再厉害,解决不了广西的根本问题!老百姓看得最明白

王二哥老搞笑
2026-10-29 05:31:50
吃着中国饭砸中国碗!娶中国妻子赚亿万身家,背地里干着反华勾当

吃着中国饭砸中国碗!娶中国妻子赚亿万身家,背地里干着反华勾当

黄色的泥土
2026-10-10 22:14:06
零演员成本掉九成!中国首部AI院线大片上映,演员还能保住饭碗么

零演员成本掉九成!中国首部AI院线大片上映,演员还能保住饭碗么

梦想的现实
2026-10-28 02:13:52
不结婚老了咋办?北京42岁女子的答案,让全网沉默

不结婚老了咋办?北京42岁女子的答案,让全网沉默

找回密码
2026-10-24 21:15:54
2026-10-29 20:48:49
材料科学与工程 incentive-icons
材料科学与工程
材料类综合、全面、专业的平台
8240文章数 17191关注度
往期回顾 全部

科技要闻

MacBook终于能触屏了:22999元起

头条要闻

美国中期选举临近 特朗普连跑红州20次奥巴马出山压阵

头条要闻

美国中期选举临近 特朗普连跑红州20次奥巴马出山压阵

体育要闻

超级黑马!球队不败 29岁的他得分榜前三

娱乐要闻

白百何被曝和二婚丈夫离婚 和男生逛街

财经要闻

两大娱乐巨头,谈崩了

汽车要闻

阿维塔07L Max纯电版上市 限时权益后21.59万元

态度原创

手机
本地
游戏
公开课
军事航空

手机要闻

国补到手2761元起!一加Ace 7发布:年度最强标准版 配置看齐Pro

本地新闻

十月奔赴迪庆,解锁梅里日照金山

《逃离塔科夫》开放感染区《竞技场》加入近战模式

公开课

李玫瑾:为什么性格比能力更重要?

军事要闻

万斯致信伊朗安全高官试图重启谈判

无障碍浏览 进入关怀版