利用可持續(xù)電力催化轉(zhuǎn)化溫室氣體二氧化碳（CO2RR）成其他工業(yè)原料是有效解決氣候問(wèn)題和實(shí)現(xiàn)能源可持續(xù)發(fā)展的有效途徑之一。與單金屬催化劑相比，雙金屬催化劑已經(jīng)被報(bào)道了其靈活可調(diào)的結(jié)構(gòu)和優(yōu)越的催化活性。銅因?yàn)槠鋵?duì)關(guān)鍵的產(chǎn)物中間體適中的吸附能力而能電催化二氧化碳轉(zhuǎn)化成多種產(chǎn)物，而第二種金屬的加入可改變其對(duì)產(chǎn)物中間體的吸附強(qiáng)度，調(diào)節(jié)反應(yīng)途徑從而提高對(duì)產(chǎn)物的選擇性。冶金工業(yè)廢料里一般殘留著很多可利用的重金屬元素，直接填埋可能會(huì)導(dǎo)致土壤結(jié)構(gòu)的改變和潛在的地下水污染。與其棄之并承受額外的潛在危害，對(duì)之提取出有用重金屬元素并應(yīng)用于制備電化學(xué)二氧化碳還原催化劑，節(jié)約催化劑制造成本的同時(shí)還可以避免土壤污染，一石二鳥(niǎo)。 最近，荷蘭烏特勒支大學(xué)Bert M. Weckhuysen/Ward van der Stam 課題組基于工業(yè)廢料制備了銅鉛雙金屬催化劑并應(yīng)用于電化學(xué)二氧化碳催化轉(zhuǎn)化。結(jié)構(gòu)表征表明鉛以正二價(jià)的形式存在，且與銅形成分相結(jié)構(gòu)，而銅主要是金屬表面氧化的結(jié)構(gòu)。經(jīng)電化學(xué)測(cè)試發(fā)現(xiàn)，與純銅相比，該催化劑對(duì)二氧化碳到一氧化碳的轉(zhuǎn)化有明顯促進(jìn)作用，并且此促進(jìn)作用隨著鉛的量增加呈現(xiàn)出先高后低的變化。原位拉曼光譜發(fā)現(xiàn)在催化過(guò)程中銅和鉛分別被還原成金屬銅和鉛且相互產(chǎn)生協(xié)同效應(yīng)，提高了一氧化碳生成的選擇性。而當(dāng)鉛的量過(guò)多時(shí)，團(tuán)聚成大塊的鉛使其可還原性變?nèi)酰a(chǎn)生協(xié)同效應(yīng)的活性位點(diǎn)變少，從而導(dǎo)致生成一氧化碳的促進(jìn)作用減弱。此工作為未來(lái)工業(yè)廢料的可持續(xù)利用和有效的雙金屬電催化劑的設(shè)計(jì)提供了新思路和方法。
圖3. 純銅Cu-1和不同銅鉛雙金屬的CO2RR法拉第效率(a) 和生產(chǎn)速率(b)對(duì)比圖。 圖4. (a, b) Cu9.20Pb0.80，(c, d) Cu9.00Pb1.00和 (e, f) Cu8.65Pb1.35廢料物衍生電催化劑的循環(huán)伏安(CV)曲線和其對(duì)應(yīng)的原位拉曼光譜表明，當(dāng)電催化劑中鉛含量增加時(shí)，Cu的還原峰開(kāi)始向更負(fù)的電位移動(dòng)。虛線(黑色和黃色)標(biāo)出了Cu還原完成的電位。 論文信息 Waste-Derived Copper-Lead Electrocatalysts for CO2 Reduction Shuang Yang, Dr. Hongyu An, Dimitra Anastasiadou, Wenjie Xu, Dr. Longfei Wu, Hui Wang, Jim de Ruiter, Sven Arnouts, Dr. Marta C. Figueiredo, Prof. Sara Bals, Prof. Thomas Altantzis, Dr. Ward van der Stam, Prof. Bert M. Weckhuysen ChemCatChem DOI: 10.1002/cctc.202200754
