一项最新研究揭示了关于利用镍基催化剂进行CO2电催化还原的宝贵信息。这项研究标志着在开发可持续和有效的CO2转化技术方面向前迈出了重要一步，后者对于关闭人工碳循环至关重要。
在发表于Physical Review Letters的出版物中，弗里茨·哈伯研究所界面科学系的研究人员分享了关于镍基催化剂进行CO2电催化还原的新发现。由贾尼斯·季莫申科博士和贝亚特丽斯·罗尔丹·库埃尼亚教授领导的这项研究代表了在追求高效和可持续的CO2转化系统上取得了显著的进展，目标是关闭人工碳循环。
镍和氮共掺杂碳（Ni-N-C）催化剂在将CO2转化为一氧化碳（CO）方面展示了杰出的能力，一氧化碳是一种重要的化学前体。然而，这些催化剂的确切作用机制一直不清楚——直到现在。题为《在CO2电催化还原期间利用在线X射线吸收光谱、X射线发射光谱和机器学习揭示Ni单原子催化剂的吸附体构型》的论文提供了对在镍位点形成的吸附体（附着在催化剂表面的分子）本质以及CO2还原反应（CO2RR）过程中活性位点结构变化的直接实验洞见。
他们是如何做到的
研究人员利用先进技术，如在线硬X射线吸收光谱（XAS）和价电到核X射线发射光谱（vtc-XES）来监测催化剂在运行中的表现。通过将这些复杂的方法与机器学习和密度泛函理论结合，研究团队能够以以前未曾达到的精度描绘催化剂的局部原子和电子结构。这项研究展示了与机器学习和建模相结合的多技术在线表征方法带来的优势，从而得出深刻的机制理解。
为什么这很重要
理解镍基催化剂如何在原子尺度上与CO2相互作用，对于其在设计时提升效果和选择性至关重要。这种理解可以导致更高效和耐用的催化剂的开发，从而使CO2还原过程更适合工业应用。从根本上来说，这项研究为将温室气体CO2转化为有用材料（如一氧化碳（CO））铺平了道路，这些有用材料可以用于多种工业过程，包括与由水电解得到的绿色氢气结合以生产高阶碳氢化合物。
可以把它想象成在没有完全理解成分如何在烤箱中结合、如何上升或如何可能在烘焙时烧焦的情况下尝试烘焙出完美的蛋糕。在这个类比中，通过烤箱窗口看到清晰的景象，可以根据您看到的信息调整温度和烘焙时间。目前的研究就像是一台高科技相机，准确揭示了这些成分在烘焙过程中如何相互作用和转变，使调配食谱和烤箱设置达到最佳效果变得可能。同样，通过理解CO2和镍催化剂之间的相互作用，科学家可以微调过程，以更高效地生产出所需的结果。
这项研究不仅深化了我们对镍基催化剂的理解，也为未来CO2还原技术的进展奠定了基础。通过揭示这些催化剂工作原理的详细图景，这项研究为开发更高效的CO2转化为有价值产品的系统开辟了新的途径。
