基于高密度亚纳米SnNi簇阵列催化剂的烟气直接电化学CO?甲烷化制备近零副产物富CH?合成气

《Nature Communications》：Engineered d-p orbital hybridization unlocks dilute CO2 electrolysis to byproduct-free CH4-rich syngas

　　

摘要

利用烟气进行电化学CO₂甲烷化，为升级固定污染源排放物和合成能量密度高的CH₄提供了一种极具前景的方法。然而，稀释上游CO₂的直接利用以及复杂副产物的额外下游分离仍面临挑战。在此，我们开发了一种无气态副产物的系统，其入口为烟气，出口为富含CH₄的合成气，可满足冶金和能源领域的需求。该系统中，合理设计的锡基电催化剂与富碳酸氢盐捕集介质的直接电解相结合，并借助规模化流动电堆中经工程化设计的电解质分配器加以推动。具体而言，通过计算筛选原子构型进行指导，我们在Ni-N-C架构上构建了高密度亚纳米SnNi簇集（7~8 ?）阵列。利用原位同步辐射X射线对分布函数分析解析了其原子排布与局域配位结构。因此，通过调控Ni-CHO的d-p轨道杂化增强效应，在CH₄分电流密度超过1000 mA/cm²的条件下实现了近零的多碳副产物生成。使用模拟烟气入口，在流动电堆中约五天时间内可收集约1500升富含CH₄的合成气。