近日，我校张信义教授团队在CO2转化研究领域取得新进展，以“High-efficient CO2 electrocatalysis over nanoporous Au film enabled by a combined pore engineering and ionic liquid-mediated approach” (《结合离子液体及纳米多孔金膜的高效CO2电催化还原》)为题，发表于国际著名期刊Chemical Engineering Journal（影响因子13. 3）。
自工业革命以来，全球大气层中CO2的浓度已增加了约25％。CO2的温室效应已被认为是一个严重的环境问题。此外，CO2是未来燃料和化学品中碳的潜在来源。我国政府对碳排放所造成的环境问题高度重视，已开始大力发展碳捕获和储存技术。因此，将CO2转化为燃料和有价值的化学品是实现碳中和的最佳解决方案之一。CO2循环利用的最大挑战是CO2的活化过程。由于CO2高度稳定，是不可燃的分子，因此需要一定的能量才能将其活化并转化为燃料或其他化学物质。尽管CO2是一种非常重要的物质，但其催化还原方法尚在探索阶段，填补这些空白对于CO2的可持续循环利用和实现我国“碳中和”至关重要。近年来，在室温常压下电化学还原CO2合成燃料已引起广泛重视。然而，CO2在水中的溶解度低，严重限制了物质输运和电荷转移。在水溶液中电化学还原CO2，主要的竞争反应是析氢反应，大量析氢导致效率和产率的下降。
为了解决这一问题，张信义教授团队利用离子液体作为电解质成功实现了CO2的电化学高效催化还原。离子液体是指在室温或接近室温呈现液态、且完全由阴阳离子所组成的盐，也称为低温熔融盐。CO2在离子液体中的溶解度是水溶液中20倍以上，在离子液体中进行电化学还原可以有效抑制析氢反应，显著提高电催化还原CO2的法拉第效率。团队采用离子液体并结合具有大比表面积的金多孔纳米膜，成功设计出了CO2高效电化学还原体系，在CO2高选择性转化方面取得突破（法拉第效率为92.5%，质量活性为 3.0 A/g）。
图1 纳米多孔金膜的SEM图片
图2. （a）采用DFT计算的在离子液体中金表面CO2还原的反应自由能分布。在孔径为200 nm的多孔金膜上电化学还原CO2的（b）电流效率，（c）电化学活性以及（d）稳定性。
张信义教授团队长期致力于介孔金属材料及其在能源及环境领域的应用研究。2021年以来，团队成员在电催化CO2领域取得重要进展，相关成果以湖北大学作为第一单位发表于Chemical Engineering Journal。论文第一作者为物电学院曾敏博士，张信义教授和胡永明教授为共同通讯作者。该工作得到国家自然科学基金、湖北省科技创新专家计划、铁电压电材料与器件湖北省重点实验室等支持。
论文链接：https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S1385894721032447