将大气二氧化碳(CO 2 )这种温室气体转化为有用资源，例如一氧化碳、甲酸和甲醇及其副产品，被认为是缓解全球变暖和产生经济价值的一条有前途的途径。CO 2转化的一种方法是通过电催化还原。该方法利用传统的催化剂，例如负载在导电碳上的铅、银、锡、铜、金等作为电极材料来选择性还原CO 2。然而，在电催化过程中，电极经常暴露在电解质的高pH环境中，这会导致催化剂载体的降解，这是人们主要关注的问题。
为了应对这一挑战，由日本东京理科大学 (TUS) 科学技术研究生院和科学技术研究所的 Kai Takagi 先生和 Chiaki Terashima 教授领导的研究小组最近开发了一种基于二氧化钛 (TiO 2 ) 粉末的催化剂载体，二氧化钛是一种常用于防晒霜、油漆、涂料、牙膏、塑料、纸张、药品和食品着色的化合物，作为碳的替代品，有助于有效减少 CO 2。他们的研究成果于 2023 年 8 月 4 日在线发布，并于 2023 年 12 月 1 日发表在《Science of the Total Environment》杂志第 902 卷上。
研究人员首先使用安全且廉价的液内等离子体进行表面处理，以提高TiO 2的电化学性能。“经过液体等离子体处理的 TiO 2保持了其颗粒形状和晶体结构。此外，对TiO 2界面键合状态和电化学性能的元素分析和评估表明，源自TiO 2的Ti 4+和Ti 3+对应的氧化还原峰消失，氢过电压降低。”寺岛教授强调道。 这些观察结果使研究小组得出结论，还原的 TiO 2的某些部分发生了钨涂层或掺杂。表面。
然后，研究人员使用TiO 2作为载体，并负载其作为催化剂的银纳米颗粒(AgNP)，开发出用于CO 2还原的气体扩散电极。虽然未经处理的TiO 2对CO 2和炭黑表现出高选择性，但负载40wt%AgNP的液体等离子体处理的TiO 2表现出增加的氢气产量和增强的催化性能。鉴于氢气与一氧化碳的合适比例对于有效减少CO 2非常重要，因此所提出的技术在将CO 2转化为有用副产品(例如合成气)方面具有巨大潜力，合成气被认为是具有非常高工业价值的清洁燃料。
此外，CO 2的电催化还原可以与可再生能源(例如太阳能电池板或风力发电)相结合，以实现可持续且环保的CO 2转化。因此，这项工作是朝着有效解决温室气体排放和应对气候变化迈出的重要一步。
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