东京理科大学开发用于CO2电催化还原催化剂的新型TiO2载体

将大气中的CO2转化为CO、甲酸和甲醇等有价值的产品被认为是缓解全球变暖有前景的方法,而且还有经济性。利用传统的催化剂(铅、银、锡、铜、金等负载于导电的碳上)作为电极材料,通过电催化还原将CO2选择性转化是方法之一,但问题是,在电催化过程中,电极在高碱性环境中往往导致催化剂载体分解,这点值得关注。为了解决这一问题,高效还原CO2,东京理科大学研究生院和科学技术研究所的Kai Takagi先生和Chiaki Terashima教授领导的一个研究小组,最近开发了一种基于TiO2粉末(一种常用于防晒霜、油漆、涂料、牙膏、塑料、纸张、药品和食品着色的化合物)代替传统碳载体的催化剂。

研究人员首先使用安全廉价的离子液体对TiO2进行表面处理改善其电化学性能,离子液体处理后的TiO2颗粒形状和晶体结构保持不变,此外,TiO2界面键合状态和电化学性质的元素分析和评价结果表明,源自TiO2的Ti4+和Ti3+的氧化还原峰消失,氢过电压降低。然后以TiO2为载体、负载的银纳米颗粒(AgNPs)为催化剂,开发了一种气体扩散电极,用于CO2还原。虽然未经处理的TiO2对CO和炭黑具有很好的选择性,但离子液体处理后的TiO2(含40% AgNPs)氢气产量更高,催化性能更好。

合成气被认为是具有很高工业价值的清洁燃料,由于该技术的H2与CO比例合适,因此将CO2转化为合成气的潜力巨大,这对CO2高效还原非常重要。此外,CO2的电催化还原可与太阳能或风能等可再生能源相结合,通过可持续、绿色转化,可有效应对温室气体排放和气候变化。