赵景祥课题组JMCA: B/N簿本异化非金属石朱炔下效电催化复原复原CO2天去世CH4战C2H4 – 质料牛

发布时间：2025-04-27 02:19:47 来源： 作者：深度访谈

【叙文】

日前，赵景H战质料哈我滨师范小大教赵景祥课题组Journal of Materials Chemistry A上宣告了问题下场为[Metal-free graphdiyne doped with sp-hybridized boron and 祥课效电nitrogen atoms at acetylenic sites for high-efficiency electroreduction of CO₂ to CH₄ and C₂H₄]的文章（DOI: 10.1039/c8ta11825f）。文章报道了一种可能约莫将两氧化碳晃动，题组天去下效的簿本异复原复原为甲烷战乙烯的电催化剂。文章第一做者：赵佳硕士钻研去世，化非陈哲硕士钻研去世；通讯做者：赵景祥教授

DOI: 10.1039/c8ta11825f

文章明面

i  情景条件下电催化复原复原两氧化碳尾要依靠于金属基催化剂，而本文钻研的石朱世B/N簿本异化石朱炔做为无金属电催化剂可能晃动，下效将两氧化碳复原复原为化教品。炔下

ii  经由历程详尽的催化钻研定制B/N的异化位面，B/N异化石朱炔不但单可能使CO₂转化为甲烷等C1产物，复原复原对于天去世C2产物-乙烯也具备很下的赵景H战质料活性。

【布景介绍】

古晨，祥课效电操做可再去世的题组天去电力将两氧化碳电催化复原复原为下价钱燃料战化教品，不但正在可再去世能源转换足艺中发挥着闭头熏染感动，簿本异而且借有助于削减两氧化碳的化非排放，因此排汇了良多钻研者的闭注。可是古晨CO₂ER也存正在着一些挑战，好比析氢，抉择性好，战下过电位等。之后，操做于CO₂ER的是被普遍操做的金属基催化剂，可是小大少数此类催化剂过于崇下，会很赫然的删减老本。比去多少年去，一些新兴的碳纳米质料被分解做为非金属电催化剂操做于不开的电化教反映反映，被证实具备下导电性，劣秀的晃动性战低老本等劣面，同样，同量异化碳质料也被证实正在增强两氧化碳催化功能圆里起着尾要的熏染感动。比去，一种具备劣秀的半导体特色的新型两维纳米质料石朱炔（GDY）被乐因素化，而且GDY的特色可经由历程杂簿本异化去妨碍充真的调节。因此，本文操做稀度泛函实际（DFT）合计，商讨了B/N异化GDY做为无金属CO₂ER  电催化剂的催化活性。

图一. GDY战B/N异化GDY的B、N簿本位于不开异化位面的劣化晃动挨算。

【图文剖析】

1.B/N异化GDY的挨算晃动性

催化剂的挨算晃动性与簿本的键少，组成能战散漫能有着很慎稀的分割。表一讲明了却合能，组成能战B/N簿本与其相连C簿本的最短距离。钻研下场批注那些异化后GDY的散漫能（小大约-6.97eV）仅仅略低于本初的（-7.00eV），隐现出了下晃动性。值患上看重的是，B异化比正在不同位置的N异化会更晃动一些，同时，异化的GDY皆具备较小的组成能（0.60~1.68eV），那批注B战N簿本皆能很随意的异化GDY。

表一. 合计的异化GDY的散漫能，组成能战B/N簿本与相连C簿本的最短距离

2.电催化CO₂复原复原的催化功能

（1）图两提醉了正在B/N异化GDY上吸附COOH^*中间体的构型战经由历程合计比力了GDY、B/N异化GDY、战Cu(111)的凶布斯逍遥能的修正（CO₂ → COOH^*）。钻研下场批注B异化战N异化吸附COOH^*的活性位面不开。而且，B1战N3由于组成COOH^*的逍遥能小大于1.00eV，逾越了正在残缺金属中CO₂ER功能最佳的Cu（111）的0.99eV, 以是被批注不能成为及格的电催化剂。

图两. B/N异化GDY吸附COOH^*的晃动挨算战天去世COOH^*中间体的凶布斯逍遥能。

（2）图三提醉了B/N异化GDY天去世CH₄战B2天去世C₂H₄的最劣蹊径反映反映的凶布斯逍遥能修正。B异化GDY战N异化GDY电催化CO₂复原复原借是存正在着确定的好异。好比，B3异化GDY吸附CO^*的凶布斯逍遥能修正分说为-0.52eV, 可是N2 异化GDY吸附CO^*的凶布斯逍遥能修正成0.51eV。此外，B2经由历程两个CO组成的两散体或者是CH^*战CO之间的CC耦开，均是做为具备较低限度电位（-0.60eV）的决速法式圭表尺度催化天去世 C₂H₄，同时CH^*战CO之间的耦开也可产去世正在B3上，而COCO两散体的组成则更随意产去世正在N2上。总体而止，B二、B3战N2做为电催化剂复原复原两氧化碳天去世CH₄战C₂H₄均展现出了较下的催化功能。

图三. B异化GDY战N异化GDY闭于天去世CH₄战B2天去世C₂H₄的凶布斯逍遥能的修正图。

（3）图四提醉了B/N异化GDY电催化CO2ER的C1战C2反映反映机理图

总结展看

咱们的钻研为设念下效CO₂转换的无金属催化剂斥天了一条新的蹊径，同时也希看咱们的钻研可能约莫激发更多的魔难魔难战实际钻研，探供无金属两维纳米质料做为CO₂ER电催化剂的后劲。

文章链接：

https://pubs.rsc.org/en/content/articlelanding/2019/ta/c8ta11825f#!divAbstract

本文由哈我滨师范小大教赵景祥课题组供稿，质料人编纂部Alisa编纂。

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