今日2篇NatureCatalysis：把CO2還原進行到底！

　　CO2還原既有望解決溫室效應，又能帶來更清潔的燃料和更加價值的C2+化學品，是各國科學家鍥而不舍追逐的目標。

　　2019年4月9日，Nature Catalysis連刊兩文，一篇來自電子科技大學Yijin Kang和美國University of Delaware的Feng Jiao團隊，報道了二維銅納米片電催化 CO還原制乙酸鹽的最新研究進展。另一篇是來自美國布魯克哈文國家實驗室Jingguang G. Chen團隊，綜述了近年來熱催化或電催化方法還原CO2的成本衡算和實際路線考量。

　　在所有單金屬催化劑中，Cu因其獨特的CO2還原選擇性而備受關注，為了實現高性能的CO2電催化還原，需要開發有效的電催化劑使CO2活化能壘最小化。盡管已經取得了諸多進展，但是合成高質量納米結構Cu催化劑用于CO2/CO電催化還原，仍然頗具挑戰。有鑒于此，電子科技大學Yijin Kang和美國University of Delaware的Feng Jiao團隊合作，報道了一種三角形二維Cu納米片，具有優異的CO電催化還原制乙酸鹽選擇性。

　　本文要點

　　1.三角形二維Cu納米片厚度5 nm，選擇性地暴露出（111）晶面。

　　2.在2M KOH電解質中，Cu納米片表現出48％的乙酸鹽法拉第效率，在電化學CO還原中乙酸鹽部分電流密度高達131mA cm -2，這是在實際反應速率（> 100mA cm-2）條件下在電化學CO2/CO電還原中實現的最高乙酸鹽選擇性。

　　3.研究表明，高乙酸鹽選擇性可能是由于暴露的（100）和（110）表面減少，抑制了乙烯和乙醇的生成。理論計算表明，形成乙酸鹽的途徑經過乙烯酮中間體，其中一個氧原子來自電解質，另一個氧原子來自CO反應物。

　　參考文獻：

　　WesleyLuc and Xianbiao Fu，Feng Jiao, Yijin Kang et al. Two-dimensionalcopper nanosheets for electrochemical reduction of carbon monoxide to acetate. NatureCatalysis 2019.

　　https://www.nature.com/articles/s41929-019-0269-8

　　CO2還原真的有用嗎？熱電催化和電催化二氧化碳減排技術不可避免地需要能量輸入，而目前70％的電力都是由二氧化碳排放的化石燃料產生。實驗室的催化結果如何成為減少大氣CO2減排的目標，需要進行整體的能量和質量平衡核算。

　　熱催化CO2還原

　　CO2的熱催化轉化主要涉及相對低溫（≤523K）的氫化反應，從而產生CH4，CO或CH3OH等有用化學品。然而：

　　1）在某些具有大頁巖氣儲量的區域，反應物H2通常比CH4更有價值，因此，生產CO2還原制CH4還是制其他化學品高度依賴于地理位置。

　　2）雖然可以以相對高的轉化率和選擇性實現通過H2還原CO2來生產CO，但是將CO轉化為較長鏈分子需要采用費托法等策略，進一步導致較高的投資成本。

　　3）甲醇是一種高價值產品，但CO2直接生產CH3OH產量依然太低。

　　除此之外，所有這三種CO2熱催化還原途徑所需的氫主要來自蒸汽甲烷重整（SMR），后者產生額外的CO2。

　　電催化CO2還原

　　電催化CO2轉化可以使用水作為氫源，而不需要使用H2。然而：

　　1）目前電解電池并沒有實現工業規模應用，并且通常比熱催化產物收率更低。

　　2）醇，酸等更高價值產品的生產雖然頗為誘人，但從含水電解質中分離這些低收率的含氧化合物需要提供額外的能源。

　　3）在電化學電池中由溶解的CO2產生氣態CO和烴更容易分離，但其總產率偏低仍然是一個硬傷。

　　參考文獻：

　　BrianM. Tackett, Elaine Gomez & Jingguang G. Chen. Net reduction of CO2 via itsthermocatalytic and electrocatalytic transformation reactions in standard andhybrid processes. ature Catalysis 2019.

　　https://www.nature.com/articles/s41929-019-0266-y