記者12日從中國科學技術(shù)大學獲悉，該校高敏銳教授課題組和俞書宏院士團隊設(shè)計了系列具有“富集”效應的納米催化劑，成功實現(xiàn)了二氧化碳到目標產(chǎn)物的高選擇性轉(zhuǎn)化。相關(guān)成果日前在線發(fā)表在《德國應用化學》和《美國化學會志》雜志上。

二氧化碳轉(zhuǎn)化技術(shù)不僅能夠降低大氣中的二氧化碳濃度，同時還可以得到諸多高附加值的碳基燃料。電催化二氧化碳還原技術(shù)具有可在常溫常壓下進行，能夠?qū)崿F(xiàn)人為閉合碳循環(huán)等優(yōu)點，為當前可再生能源的利用和化學燃料合成提供了一種具有應用前景的方法。通過更高效催化劑的理性設(shè)計與可控合成，并結(jié)合催化機制理解，從而實現(xiàn)二氧化碳電還原技術(shù)走向工業(yè)化應用成為研究重點與難點。

研究人員提出納米針尖的“近鄰效應”促進二氧化碳電還原過程，通過智能微波反應器的高通量篩選，制備了硫化鎘納米針陣列結(jié)構(gòu)。研究發(fā)現(xiàn)隨著針尖之間距離的逐漸減小，鉀離子富集會不斷增強。流動電解池測試表明，這種多納米針尖硫化鎘催化劑由于“近鄰富集效應”，其性能大大優(yōu)于其他過渡金屬硫?qū)倩镫姶呋瘎Ｔ摮晒诰€發(fā)表在《德國應用化學》雜志上，并被選為“卷首插畫”論文。

在利用納米多針尖的“近鄰效應”實現(xiàn)對目標離子的富集的基礎(chǔ)上，科研人員進一步提出利用納米空腔的“限域效應”來富集反應中間體，實現(xiàn)二氧化碳到多碳燃料的高效率轉(zhuǎn)化。研究成果發(fā)表在《美國化學會志》上。

以上研究成果表明了二氧化碳電還原反應中催化劑納米結(jié)構(gòu)設(shè)計對催化性能的重要影響，納米尺度“富集效應”可有效增強關(guān)鍵中間體的吸附，從而推動反應高效率運行。這種新的設(shè)計理念為今后相關(guān)電催化劑的設(shè)計和高附加值碳基燃料的合成提供了新的思路。