合成气（CO+H2O）可通过调节CO与H2O的组成比例，在工业生产上通常用于合成液体燃料。而通过不可再生的化石燃料作为制备合成气的主要来源，不仅对环境造成污染，而且排放大量的温室气体。使用可再生能源（例如太阳能）得到的电能将CO2转化为高附加值的化学品是实现碳循环的理想方法，因此开发高效且高选择性的电催化剂对于使用该技术至关重要。
近日，哈尔滨工业大学深圳研究生院的邱业君和美国维克森林大学Scott M. Geyer报道了电催化CO2还原为合成气的最新研究成果。
研究者合成了AgP2纳米晶电催化剂，与Ag相比，该催化剂催化CO2还原转化为CO的过电位降低了3倍以上，同时稳定性大大提高。密度泛函理论计算表明，在甲酸中间体形成步骤中，能垒显着降低；原位X射线吸收光谱（XAS）结果显示，在AgP2纳米晶中，银的平均价态为+1.08时，可以获得最大的法拉第效率。由覆盖了超薄Al2O3和AgP2纳米晶的n+p-Si晶片组成的光电阴极实现了产生CO的超低起始电势（0.2 V）和-0.11 V的CO的光电流密度为-3.2 mA cm-2，展现出优异电催化活性。
该研究成果以“Colloidal silver diphosphide (AgP2) nanocrystals as low overpotential catalysts for CO2reduction to tunable syngas”为题与2019年12月16日发表在国际期刊Nature Communications。
图文导读
图1 AgP2纳米晶形貌结构表征
图2 电催化CO2还原性能表征
图3 CO2RR反应DFT计算
图4 n+p-Si/Al2O3/AgP2光电化学性能
图5 n+p-Si/Al2O3/AgP2光电化学性能
本文开发了AgP2纳米晶电催化剂，与Ag催化剂相比，CO产生的过电势明显降低。AgP2纳米晶在500 mV的过电位下实现了CO产生的最大法拉第效率，并且CO：H2的比率调节范围可从1：3到5：1。DFT计算显示，与Ag相比，甲酸中间体形成步骤的能垒降低了三倍，从而可在低过电位下产生了高的CO：H2比率。n+p-Si/Al2O3/AgP2组成的光电阴极表现出优异的性能，起始过电位仅为-0.2 V，最大FECO为67％。
Colloidal silver diphosphide (AgP2) nanocrystals aslow overpotential catalysts for CO2 reduction totunable syngas
(Nature Communications，2019，DOI: 10.1038/s41467-019-13388-8)
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