近日，中科院上海高等研究院的陳為、魏偉及孫予罕研究團隊在前期銀中空纖維(Ag HF)電極高效電還原CO2轉化生成CO的基礎上，進一步通過在電極質溶液中引入氯離子，利用低配位氯離子特徵吸附功能調控Ag HF電極表面電子結構，優化電還原CO2制CO反應的動力學過程，同時極大抑制析氫副反應的發生，實現了安培級電流密度和高CO法拉第效率的穩定運行。
發展可再生電能將CO2催化轉化成碳基燃料或高價值化學品的新技術,對於緩解溫室效應與消納可再生能源具有重大意義。目前，電催化CO2還原制CO被認為是最具經濟競爭力和發展前景的策略之一。這主要是由於CO是現代化工過程基礎原料合成氣(CO和H2的混合物)的重要成分，經費托合成、甲醇合成等工業過程可進一步生產一系列高附加值化學品。然而，CO2在水系電解質中溶解度有限、傳質緩慢，導致高電流密度時電極附近濃差極化現象嚴重，CO2供應不足，析氫副反應容易占據主導，CO2還原反應活性低下，因此開發兼顧高電流密度、高法拉第效率、高穩定性的電催化CO2反應體系仍面臨着巨大挑戰。
要點1：由商品銀粉通過相轉化/燒結法製得具有自支撐3D多孔結構的銀中空纖維（AgHF）電極，進一步通過改變電解質組成引入低配位的氯離子特徵吸附在電極表面。X射線吸收譜（XAS）結合X射線光電子能譜（XPS）、X射線衍射譜（XRD）及電化學氯離子（Cl-）可逆吸/脫附實驗結果表明，痕量氯離子以低配位形式特異吸附在AgHF電極上，但未改變其單質銀的物相組成。
要點2：電化學測試結果表明，低配位氯離子吸附在AgHF電極上，雖然未明顯改變其電化學活性面積值（活性位點數量未明顯增加），但顯着提升了其CO2吸附活化為*COO-的能力，優化了電還原CO2至CO的反應動力學。此外，電化學現場拉曼（Operando Raman）結合密度泛函理論（DFT）模擬計算同樣證實了低配位氯離子吸附通過同時抑制析氫反應和優化CO2還原動力學來提升電還原CO2至CO的整體活性。
圖2.低配位氯離子吸附對AgHF電極電化學性能影響
要點3：電還原CO2性能測試結果表明，低配位氯離子吸附不僅顯著提升了AgHF電極電還原CO2至CO的反應選擇性，同時有效抑制了析氫副反應的發生，在總電流密度達1A cm-2的條件下穩定運行超150 h，CO法拉第效率始終大於92%，優於文獻報道結果。
圖3.低配位氯離子吸附的AgHF電極電還原CO2性能
綜上所述，本文通過在銀中空纖維電極上引入低配位氯離子特徵吸附，實現了安培級電流密度下高CO法拉第效率的CO2電化學轉化。該工作為發展兼顧高電流密度、高選擇性、高穩定性電催化CO2系統提供了一種新策略。
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https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/anie.202210432
陳為研究員簡介：2008年博士畢業於中國科學院大連化學物理研究所，2008-2010年在美國佛羅里達國際大學從事電化學儲能方面的博士後研究；2010-2015年在沙特阿卜杜拉國王科技大學以研究科學家身份從事先進多孔膜材料方面研究；2015年8月入職中國科學院上海高等研究院，入選中科院「百人」計劃。主要研究領域包括：二氧化碳資源化利用、光電催化、碳基小分子溫和轉化等。以第一或通訊作者身份在Nat. Nanotechnol., Nat. Commun., J. Am. Chem. Soc., Angew. Chem. Int. Ed., Appl. Catal. B: Environ.等學術刊物上發表多篇高水平論文研究論文。曾獲得全國百篇優秀博士學位論文，遼寧省自然科學一等獎等。
魏偉研究員簡介：研究員，博士生導師，現任中國科學院上海高等研究院副院長。主要從事C1化學與工程、溫室氣體戰略以及CO2捕集封存和利用、納米材料合成與應用等研究。承擔並完成國家科技支撐計劃2項、國家973項目1項、中國科學院戰略性先導科技專項3項、中國科學院知識創新工程重要方向2項以及企業委託項目等十餘項。目前在重要學術雜誌，如Nature，Nat. Chem.，Nature Geosci.，Nat. Commun.，Joule，Energ. Environ. Sci.，Angew. Chem. Int. Ed.等發表高水平論文400餘篇，已授權或申請國際發明專利3項、國家發明專利80餘項，獲中國石油天然氣集團創新技術二等獎。曾榮獲第13界國際催化大會優秀青年科學家獎等，享受國務院政府特殊津貼。兼任國際碳捕集領導小組成員；同時擔任《化工進展》、《氣候變化研究導報》、《天然氣化工》、《光譜學與光譜分析》等學術期刊的編委。
孫予罕研究員簡介：研究員，博士生導師，於1994年首批入選中國科學院「百人計劃」，1996年獲國家傑出青年科學基金。1996年至2002年任煤轉化國家重點實驗室主任，2000年至2008年任中科院山西煤炭化學研究所所長，2009年至2014年任中科院-BP清潔能源技術中心董事長，2012年至2017年任中國科學院上海高等研究院副院長，2014年至2020任中國科學院低碳轉化科學與工程重點實驗室主任，2018年開始擔任上海科創低碳技術創新功能型平台負責人。孫予罕主要從事含碳資源與CO₂轉化利用中催化和工程研究，以及相關納米材料及其在綠色化學和光學中的應用研究，包括近期的清潔能源戰略與解決方案研究。至今，已在Nature, Science, Nature Chem, Nature Comm, Science Advance, Energy & Environmental Science, Advanced Materials, Angewandte Chemie, Green Chemistry, Chemical Communication, ACS Catalysis, Journal of Catalysis, Journal of Materials Chemistry, Catalysis Today等期刊發表學術論文500餘篇,獲得國家發明專利100餘項，並先後多次獲中科院傑出成就獎、山西省自然科學/技術進步二等獎等。相關進展
中科院上海高研院孫予罕研究員、陳新慶研究員Chem. Eng.J.：在分子篩多孔材料研究中獲進展
中科院過程所張香平研究員/曾少娟研究員CEJ：離子液體電解液強化CO2高效電還原制CO放大研究
陝西師大曹睿教授團隊 Angew：分工協同效應促進電催化CO2還原
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