Adv. Mater.：非金属磷化硼纳米颗粒用于高选择性电催化还原CO2为甲醇学术资讯

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化石燃料的加速消耗加剧了大气二氧化碳（CO2）浓度增长，引发能源危机担忧和导致全球变暖。将二氧化碳转化为高附加值碳基燃料和化工原料，可有效缓解此类问题。电催化作为一种有效的人工固定CO2方式备受瞩目。但是，电催化CO2还原（Electrochemical CO2 reduction, CO2RR）涉及复杂的多步质子耦合电子转移步骤，还原产物众多（气相产物，如CO、CH4；液相产物，如甲酸和醇类等）。甲醇作为CO2RR过程最有价值的C1产物，其能量密度高，易于常压储存，并可直接用于燃料电池。但是电催化CO2至甲醇受限于多电子转移过程，动力学缓慢。因此需要设计和开发有效的电催化剂以促进甲醇生成。目前已报道的CO2RR催化剂中，贵金属催化剂受限于高成本难于大规模应用，金属基催化剂在操作过程中存在释放金属离子导致环境污染风险。相较之下，高选择性电催化产甲醇非金属基催化剂具有极强优势，相关报道相对较少，因此非常值得关注和研究。

近日，电子科技大学孙旭平教授团队报道了一种磷化硼纳米颗粒作为高选择性CO2电化学还原为甲醇的非金属电催化剂。在0.1M KHCO3中，当还原电位为−0.5 V时（相对于标准氢电极），甲醇产物法拉第效率达到92.0％。密度泛函理论（DFT）计算表明，在BP(111)晶面，B和P协同的促进CO2的吸附和活化，还原反应路径的决速步骤为*CO+*OH至 *CO+*H2O过程，相应的吉布斯自由能变为1.36 eV。此外，在BP(111)晶面上，CO和CH2O脱附能垒较高，分别为0.95 eV和 2.73 eV，这是CO2可以在BP催化剂上高选择性还原为甲醇的重要因素之一。

图1. 磷化硼表征

图2. 磷化硼CO2RR电化学性能相关

图3. 磷化硼CO2RR电化学稳定性相关

图4. CO2在磷化硼（111）晶面甲醇生成反应路径及*OCH2中间体吸附构型

相关成果发表于Advanced Materials，该文章通讯作者为电子科技大学孙旭平教授、山东师范大学唐波教授和四川师范大学熊小莉教授。孙旭平教授课题组联合培养硕士研究生牟世勇、博士研究生吴铜伟和山东师范大学谢俊峰博士为共同一作。

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