最新Nature Energy: 獨立人造葉片產多碳醇液體燃料

一、【導讀】

? ?將溫室氣體二氧化碳轉化為燃料的方法通常是通過一種被稱為“人工光合作用”的生物啟發過程來實現的，在這種過程中，太陽能以化學能的形式儲存在產品中。高能量密度的含氧化合物，如多碳醇，是特別有吸引力的產品，因為它們易于儲存、運輸和可直接用作液體燃料。目前很多研究集中在探索將二氧化碳電化學轉化為多碳醇，而在人工葉片上直接利用太陽能將含水二氧化碳轉變成多碳醇的方法因其環保也開始備受關注。目前這項研究尚未被證明是能夠可持續地生產多碳液體燃料的方法。因此，合理設計和開發人造樹葉實現可持續“人工光合作用”是目前光催化領域最活躍的研究之一。

二、【成果掠影】

? ?近日，劍橋大學Erwin Reisner教授等人將氧化物衍生的Cu₉₄Pd₆電催化劑與鈣鈦礦-BiVO₄串聯光吸收劑相結合來組裝成人造樹葉，該人造樹葉裝置可實現高效多碳醇生產。相關的研究成果以“Solar-driven liquid multi-carbon fuel production using a standalone perovskite–BiVO₄ artificial leaf ”為題發表在Nature Energy上。

三、【核心創新點】

1、作者提出一種獨立的人造樹葉裝置，該裝置由活化的Cu₉₄Pd₆雙金屬催化劑與無偏壓鈣鈦礦-BiVO₄串聯裝置連接，可在1次陽光照射下直接從CO₂水溶液和水中生產多碳（C?_2,3）產物。

2、有線Cu₉₄Pd₆|鈣鈦礦-BiVO₄串聯設備對多碳醇（約1:1 乙醇和正丙醇）實現~7.5% 的法拉第效率，而無線獨立設備在1.5 G和~40 μmol h^?1g_?Cu94Pd6?^?1的速率輻射下獨立運行 20 小時后產生~1 μmol cm^-2醇。

四、【數據概覽】

圖1 雙金屬催化劑的人造樹葉概覽和物理特性。?2023 Springer Nature

圖2 ?活化的Cu_xPd_y催化劑的電化學分析。?2023 Springer Nature

圖3 在低過電勢下活化的Cu₉₄Pd₆催化劑上多碳生產的機理分析。?2023 Springer Nature

圖4使用有線串聯BiVO₄?– 鈣鈦礦Cu₉₄Pd₆設備和無線獨立人造葉的無輔助多碳醇生產。?2023 Springer Nature

五、【成果啟示】

? 綜上所述。作者通過活化的Cu₉₄Pd₆雙金屬催化劑與無偏壓鈣鈦礦-BiVO₄串聯裝置連接提出一種獨立的人造樹葉裝置實現高效的太陽能制多碳醇策略。相分離的Cu₉₄Pd₆雙金屬材料在低過電位下對多碳生成具有電催化活性。DFT 計算表明，Cu 基團中Pd的存在改善了*CO吸附和穩定性，而原位拉曼研究顯示即使在0 V（相對于 RHE）時也有強*CO 吸附峰，表明活化催化劑適用于多碳醇在非常低的過電位下生產。因此，這項研究開發的新型人造樹葉系統成功地實現了在人造樹葉上將CO₂直接轉化為多碳液體燃料。并且這項研究也促使我們加快了利用太陽光生產具有附加值的復雜產品的進程。

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原文詳情： https://doi.org/10.1038/s41560-023-01262-3

本文由K . L撰稿。