在电催化二氧化碳还原研究领域取得重大突破

刘敏教授以第一作者身份在Nature上发表论文

研究成果被认为开辟了一条推动能源转换与温室气体转化领域快速发展的新通道

中南大学特聘教授刘敏，在加拿大多伦多大学Sargent课题组访学期间，在电催化还原二氧化碳（CO2）研究领域取得重大突破，相关研究成果“Enhanced electrocatalytic CO2 reduction via field-induced reagent concentration”（刘敏为第一作者）以Letter形式在国际顶尖期刊Nature上发表。

该工作获得领域内专家高度评价。洛桑联邦理工学院物理化学专家Michael Grätzel教授，加州大学伯克利分校化学系的化学、材料专家Peidong Yang教授、斯坦福大学化学系环境与能源领域专家Matt Kanan教授认为，该工作所发展的CO2还原技术解决了CO2在水中溶解度很低、电子利用率差、CO2转换效率低下等技术难题，开辟了一条推动能源转换与温室气体转化领域快速发展的新通道。CBC(加拿大广播公司，加拿大最大的新闻媒体公司)、Forbes（福布斯）及多伦多大学新闻网等媒体报道了该研究成果。

近年来，温室效应和能源问题日益严重。为了减少CO2的排放，实现能源的可持续发展，CO2还原技术成为存储太阳能发电和风力发电等间歇式电能，并同时实现转化和利用温室气体的关键技术。但CO2化学惰性高，并且在水溶液中的溶解度非常低，在无外加能量或明显过电位的情况下，这一多电子反应很难发生。即使采用高活性的贵金属催化剂，仍需很高的电压驱动CO2还原反应，且电子利用和CO2转换效率偏低。

以场致反应物浓度机制为导向，研究团队发展了一种金属纳米针尖的电沉积合成方法。在尖端放电机制作用下，施加超低的过电位即可在纳米针尖的尖端形成局域电场，从而使得电解质中的阳离子在尖端富集，同时提高CO2在尖端的浓度，极大地提高了电子的利用效率和CO2的转换效率，最终实现了三大突破：CO2还原电催化剂性能的大幅提升；CO2浓度在溶液中浓度极大增加；电子利用和转换效率得到极大提高。