光化学法制备过渡金属-氮共掺杂多孔炭基CO2电还原催化剂

胡 旭，董灵玉，李文翠，郝广平

（大连理工大学化工学院，精细化工国家重点实验室，辽宁省低碳资源高值化利用重点实验室，辽宁大连116024）

长期以来能源结构以化石能源为主导，化石能源的过度开发与使用导致大气中CO2的浓度逐年上升，为此各国政府联合提出“碳中和”倡议来缓解碳排放带来的环境问题。近年来，CO2转化技术快速发展，其中利用可再生能源驱动电催化CO2还原（CO2RR）成为研究热点，该方法既能改善碳排放带来的环境问题，又可以得到高附加值产品（如CO、CH4、HCOOH、C2H4、C2H5OH等），从而缓解能源危机［1-2］。在工业上，CO可以用于生产合成气、甲醇和脂肪醛等多种化学品，因此电催化CO2转化为CO是一条有经济前景的化学品制备途径。CO2RR是一个多电子转移过程，产物分布广，催化剂通常是决定整个体系效能的关键因素。炭材料具有导电性高、结构稳定及孔隙可调等优点，是一种具有潜力的催化材料，通过杂原子掺杂调控碳表面电子云分布，可以引入更多的活性位点，显著提高电催化性能［3］。研究发现，以氮掺杂的炭材料负载过渡金属单原子（如Fe［4］、Co［5］和Ni［6］等）制备的过渡金属-氮-碳（M-NC）催化剂可以媲美贵金属的性能，尤其是镍-氮-碳催化剂［7］，这是由于镍原子对*CO中间产物的吸附能较弱，因此CO2还原到CO可实现接近100%的选择性［8］。

近年来，研究者开发了多种手段用于合成原子级分散的催化剂，主要包括：1）金属有机框架（MOF）热解法［9］；2）电沉积法［10］；3）固相扩散法［11］；4）光化学法［12-13］等。单原子具有较高的表面能，因此单原子催化剂中金属的负载量一般都较低，提高单原子金属载量和抑制金属发生团聚一直是研究重点。……