厦门大学黄小青Nature子刊:沸石限域铜单原子簇可在1安培每平方厘米的电流密度下稳定地将一氧化碳(CO)催化转化为乙酸(acetate),持续时间超过1000小时

电化学CO还原反应(CORR)在可持续生产高价值多碳产物(如乙酸)方面引起了大量研究兴趣。

然而,目前大多数CORR催化剂都表现出乙酸电流密度低、寿命短和乙酸选择性有限等问题。

基于此,2025年3月17日,厦门大学黄小青、陈南君等人在国际知名期刊Nature Nanotechnology发表题为《Zeolite-confined Cu single-atom clusters stably catalyse CO to acetate at 1 A cm−2 beyond 1,000 h》的研究论文。

在这里,作者介绍了一种用于CORR的沸石Socony Mobil封闭铜单原子簇(CuZSM SACL),其中铜单原子(Cu SAs)通过牢固的Cu–O–Si键进行化学锚定,而铜簇(Cu CLs)则被物理捕获在沸石空腔的多孔框架内。

因此,含CuZSM SACL的膜电极组件可实现1.8 A cm⁻²的显著CO转乙酸电流密度,乙酸法拉第效率高达71±3%。

更重要的是,作者证明了基于铜的膜电极组件可以在2.7 V电压下以1 A cm⁻²的工业电流密度(法拉第效率61±5%)稳定催化一氧化碳转化为乙酸,并在常压下持续1000小时以上。

这一里程碑揭示了用于实际CORR应用的高性能铜催化剂。

Wen, Y., Zhan, C., Liu, J. et al. Zeolite-confined Cu single-atom clusters stably catalyse CO to acetate at 1 A cm−2 beyond 1,000 h. Nat. Nanotechnol. (2025). https://doi.org/10.1038/s41565-025-01892-6

厦门大学黄小青Nature子刊:沸石限域铜单原子簇可在1安培每平方厘米的电流密度下稳定地将一氧化碳(CO)催化转化为乙酸(acetate),持续时间超过1000小时

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