近日,中国科学院大连化学物理研究所催化基础国家重点实验室纳米与界面催化研究中心研究员高敦峰和汪国雄、中国科学院院士包信和等,在一氧化碳(CO)电催化转化方面取得进展。该成果实现了高活性、高选择性和高稳定性CO电解制多碳(C2+)燃料和化学品。利用煤、天然气和生物质衍生的CO合成乙烯等高值燃料和化学品是重要的非石油路线。该团队利用具有高密度晶界的铜催化剂和碱性膜电极电解器/电堆,实现了高效CO电解制C2+产物。在总电流密度为5A/cm2时,C2+产物法拉第效率达到87%且无CO2和甲烷等C1产物生成,C2+产物收率达到85%。该过程电解性能高,与热催化合成气转化相比具有更高的CO转化速率和C2+收率。工况拉曼光谱和密度泛函理论计算结果表明,铜纳米颗粒催化剂上的丰富晶界位点促进了碳-碳偶联。进一步,该团队组装了5节100cm2的碱性膜电堆,其电解功率最高达到5.8kW。在总电流为400A时,C2+生成速率为118.9mmol/min,乙烯生成速率达到1.2L/min。该研究表明CO电解是CO催化转化制高值C2+燃料和化学品的实用路线。相关研究成果以CO electrolysis to multicarbon products over grain boundary-rich Cu nanoparticles in membrane electrode assembly electrolyzers为题,发表在Nature Communications上。