磷化硼纳米颗粒: 用于高选择性电化学还原CO2制备CH3OH的非金属催化剂

电化学催化CO2还原作为一种非常具有前景的人工固碳方式而广受关注。由于CO2电化学还原过程涉及多步质子耦合电子转移过程，所以其还原产物众多。气体产物如CO、CH4，液体产物如甲酸、醇类。这些还原产物中，甲醇有着诸多优势：如能量密度高，常压易储存，能用于直接甲醇燃料电池等。但电催化CO2至CH3OH过程涉及6e－转移，动力学上缓慢。因此设计和发展高效的CO2还原至甲醇的电催化剂仍是目前面临的巨大挑战。目前，高选择性产甲醇电催化剂中，贵金属催化剂由于储量稀少、成本高昂，难于大规模应用。金属基催化剂在使用中存在环境污染的风险。因此，非常有必要设计和发展高选择性电化学还原CO2至CH3OH的非金属催化剂。

电子科技大学孙旭平教授团队，在发展非金属催化剂实现CO2电催化还原制备甲醇方向取得重要进展。采用真空封管法制备磷化硼纳米颗粒。成功的实现了高选择性电催化还原CO2至CH3OH。在0.1 M KHCO3溶液中，当施加还原电位为-0.5 V时(相对于标准氢电极)，甲醇法拉第效率高达92.0%。DFT计算结果表明，磷化硼(111)表面能够有效吸附和活化CO2分子。此外，CO和CH2O在磷化硼(111)表面有着较高的脱附能垒，利于实现高选择性CO2至CH3OH转化过程。