近日，我校陈爱兵教授团队针对电催化还原CO2制备甲酸中选择性低、活性差的问题，提出了CoP2O6辅助的铜/碳催化剂电催化还原CO2制备甲酸的新思路。该研究论文以“CoP2O6 assisted copper/carbon catalyst for electrocatalytic reduction of CO2 to formate”为题发表在国际期刊《ACS Nano》（https://doi.org/10.1002/smll.202205315）上。该期刊是美国化学会（ACS）出版社下的权威顶级期刊，影响因子为18.02。
CO2的电化学还原（CO2ER）可以允许低能量输入，并且具有温和反应条件的特征。在CO2ER生产的增值产品中，HCOOH可用作H2的简单来源，相同体积的HCOOH可为燃料电池应用提供比纯气态H2多580倍的H2。由于铜基催化剂的特殊电子结构，它可以通过破坏CO2中的C-O键来减少CO2，因此被广泛用于CO2。然而，在一个催化反应系统中，铜基催化剂通常会产生多种产品。高产品选择性对于简化工艺的产品纯化步骤和提高能量转换效率具有重要意义。针对以上问题，该成果中制备的催化剂整合了Cu/C异质界面和CoP2O6多元素掺杂工艺。N/P掺杂可以有效增加碳基材料的缺陷位，从而增强其在电解液中的润湿性，降低电极的电阻。碳基金属负载电极可以有效固定金属，暴露更多的碳/金属界面。优化后的催化剂在CO2ER中生成甲酸的法拉第效率89.9%。在H型电解池中，甲酸电流密度可达34.5 mA·cm-2。与先前报道的用于在CO2ER中制备甲酸的其它碳基或铜基催化剂相比，该催化剂大大降低了电势并增加了电流密度。这种CoP2O6/HCS-Cu三元复合催化剂与普通Bi、Se、Sn负载的碳基催化剂在CO2ER中制备甲酸的电流密度相当。因此，这种催化剂的高活性有利于其在低传质设备中组装时用于制备高收率的甲酸。
为了更好地理解CO2ER反应机理，进行了密度泛函理论（DFT）计算。估算了氮掺杂碳(NC)、铜纳米颗粒(Cu(111))、Cu(111)/NC、CoP2O6、CoP2O6/Cu以及CoP2O6/C上CO2还原为HCOOH的关键中间体的吉布斯自由能。结果显示，使用CoP2O6/NC催化剂，CO析出反应更有利。使用Cu/CoP2O6催化剂，HCOOH的形成具有最低的自由能垒，并且HCOOH是主要产物。因此，使用铜基催化剂，氮掺杂的碳和CoP2O6可用于促进CO2中甲酸的生成。
