二氧化碳作為一種典型的低成本含碳原料，其催化轉(zhuǎn)化是研究人員關(guān)注的熱點。其中，Power to Gas (P2G)工藝能夠?qū)㈦娊馑频玫腍₂與CO₂反應(yīng)（甲烷化），實現(xiàn)將電能轉(zhuǎn)化為可再生的化學能。如何通過篩選金屬與載體前驅(qū)物實現(xiàn)特定結(jié)構(gòu)催化劑的設(shè)計并且發(fā)揮其在催化反應(yīng)中的優(yōu)異特性依然是一個挑戰(zhàn)性的課題。

化學化工學院閆曉亮副教授作為論文的第一單位第一作者（浙江大學孫威特聘研究員為共同第一作者）與加拿大多倫多大學Geoffrey A. Ozin教授團隊合作，提出了通過二維硅氧烯納米片微環(huán)境的調(diào)控以改變鎳組分與載體的相對位置，繼而引導CO₂催化反應(yīng)生成不同產(chǎn)物。研究人員通過硅氧烯的末端基團和改變鎳@硅氧烯納米復(fù)合材料成核和生長過程中使用的溶劑來控制鎳的位置。研究成果發(fā)表于NatureCommunications,Nickel@Siloxene catalytic nanosheets for high-performance CO₂methanation, 2019, 10, 2608。

https://www.nature.com/articles/s41467-019-10464-x

研究發(fā)現(xiàn)，與鎳在硅氧烯納米片外部不同，鎳在硅氧烯納米片內(nèi)部（鎳@硅氧烯）具有較高的CO₂甲烷化反應(yīng)活性、選擇性和穩(wěn)定性。兩種結(jié)構(gòu)催化劑有著不同反應(yīng)路徑，前者主要是CO₂分解機理，經(jīng)過CO中間產(chǎn)物進而分解得到*C加氫產(chǎn)生CH₄；而后者則為CO₂締合機理，所得HCOO^-中間物種加氫得到CH₄，有效地避免了CO的產(chǎn)生。鎳位于硅氧烯薄片之間CO₂甲烷化速率可達到100 mmol gNi^-1h^-1，選擇性可達到90%以上。此外，原位EXAFS結(jié)果表明在鎳@硅氧烯反應(yīng)過程中緩釋形成的新增鎳提高了該催化劑的穩(wěn)定性。該工作創(chuàng)新地提出了通過二維材料載體微環(huán)境的調(diào)控實現(xiàn)不同目的產(chǎn)物高效催化劑的合成。

本工作得到了國家自然科學基金（21878203, U1463209）和山西省自然科學基金（201703D421037, 201801D121061）的支持。閆曉亮副教授是山西省高等學校優(yōu)秀創(chuàng)新團隊研究骨干成員之一（團隊負責人李瑞豐教授），高等學校優(yōu)秀青年學術(shù)帶頭人支持計劃，2018年度山西省“三晉英才”青年優(yōu)秀人才支持計劃，先后獲得國家自然科學青年和面上基金，在NatureCommun., J. Catal., Appl. Catal. A/B, Catal. Today等系列國際著名期刊發(fā)表論文多篇。