新型电催化剂可更高效地生产乙醇

近年来，全世界的研究人员一直在探索生产乙醇的新方法，乙醇是一种广泛用于各种工业环境的化合物。生产该化合物的一种方法是通过所谓的二氧化碳电还原反应(CO 2 RR)。尽管已经发现该特定反应能够使CO 2转化为乙醇，但是所得乙醇的法拉第效率和电流效率通常远非最佳。法拉第效率实质上是电子转移所用的电荷效率，并被用于合成所需的化学产物，在这种情况下为乙醇。

多伦多大学研究人员最近发明了一种策略，使CO的更有效的转换2为乙醇通过脱氧中的CO的抑制2 RR反应。在发表于《自然能源》上的论文中，他们提出使用特定种类的催化剂来生产乙醇，其法拉第效率为(52±1)%，阴极能效为31%。

多伦多大学泰德·萨金特(Ted Sargent)小组的研究人员之一王雪博士(Sue Wang)博士说：“我们的项目的目标是在CO 2 RR反应下提高乙醇的选择性及其生产率。”研究，告诉TechXplore。“要确定如何选择有利于乙醇的产品，我们首先需要考虑乙醇和乙烯(其主要竞争产品)之间的分支。”

乙醇和乙烯共有一个中间体衍生物，称为HOCCH *。通过CO 2 RR反应比乙烯更有利于生产乙醇的关键因素是抑制HOCCH *中CO键的断裂。

萨金特教授和他的同事设计了一组催化剂，通过一种称为溅射沉积的方法，在铜上涂了氮掺杂碳(NC / Cu)。他们设计的催化剂利用了这样的事实：抑制HOCCH *中的脱氧促进了乙醇的产生，而不是乙烯的产生。

Ted Sargent教授对TechXplore表示：“电子显微镜显示出Cu和NC层之间的间隙宽度通常小于1 nm;这些间隙在CO 2 RR中起纳米反应器的作用。” “借助计算和模拟以及原位拉曼和X射线吸收，我们发现NC层的限制在Cu催化剂的顶部提供了强大的给电子能力，并有助于CC偶联，同时抑制了C的脱氧。中间体HOCCH *转化为乙烯。”

Sargent教授，Wang博士及其同事设计的NC / Cu催化剂的独特性能以更有效的方式提高了对乙醇的选择性。使用这些催化剂，研究人员在156 mA cm -2的分电流密度下以创纪录的52%的法拉第效率实现了CO 2到乙醇的转化。

王博士说：“在流通池和膜电极组装系统中，乙醇的相应阴极能效(EE)和全电池EE分别达到31%和16%。” “因此，我们的研究提供了一个新的平台，以提高高生产率的CO 2 RR中高能量密度乙醇的选择性。”

这组研究人员推出的新催化剂可以使大规模大规模生产乙醇更加有效。利用位于多伦多的团队的电解器方法生产的可再生乙醇具有取代现有生产乙醇的技术的潜力，从而导致具有更大碳足迹的化合物。

当今乙醇的最大应用是作为发动机燃料和内燃机中的燃料添加剂。例如，在美国，E10(10%的乙醇，有时也称为汽油)和E85(85%的乙醇)乙醇/汽油混合物都被广泛销售。结果，今天全球乙醇市场超过$ 30B USD /年。