Nature：新型催化劑 90%效率 2000小時壽命

EPFL胡喜樂研究團隊針對高溫（800°C）固體氧化物電解池（SOEC）中二氧化碳電還原效率低、壽命短的問題，開發了一種新型催化劑：Sm?O?摻雜CeO?（SDC）封裝的Co-Ni合金（Co?.?Ni?.?@SDC）。通過優化合金成分與封裝結構設計，該催化劑在800°°C下進行高溫CO2轉CO轉化，1 A cm?2電流密度下實現了90%的能量效率和2000小時以上的超長壽命，其對CO的選擇性約為100%，單次轉化率可達90%。研究結合實驗表征（如XPS、XANES、原位電化學阻抗譜）和理論計算（DFT），揭示了其高活性與穩定性的機制，即金屬-氧化物界面增強CO?吸附，同時合金成分抑制焦炭形成與金屬團聚，突破了傳統催化劑在活性與穩定性之間的權衡。研究成果以Encapsulated Co–Ni alloy boosts high-temperature CO2 electroreduction為題發表于Nature。

主要創新點

1.封裝結構設計：

將Co-Ni合金核心包裹在SDC殼層中，有效抑制高溫下金屬顆粒團聚和焦炭沉積。通過SDC的高氧離子傳導性，促進三相界面（CO?、催化劑、電解質）的反應動力學。

2.合金成分優化：

發現Co/Ni摩爾比為0.5:0.5時性能最佳，平衡了CO?吸附強度與CO脫附能力，避免產物中毒。合金化協同調控電子結構，增強電荷轉移，提升催化活性。

3.性能突破：

在工業級電流密度（1 A cm?2）下，能量效率達90%（傳統催化劑<70%），壽命超2000小時（傳統<200小時）。單程CO產率高達90%，且無需額外氫氣源，簡化系統設計。

圖1：高溫二氧化碳電還原的示意圖。

圖2 ：二氧化碳電還原性能。

圖3：特征描述。

圖4：運作機制

論文地址：https://www.nature.com/articles/s41586-025-08978-0