近日，我院浙江省首批高水平创新团队（碳基纳米材料的物化特性及其应用研究团队），在《Journal of CO2Utilization》期刊（JCR：Q1/中科院：2区，IF=7.7）发表了题为“Heterogeneous N-heterocyclic carbenes: Efficient and selective metal-free electrocatalysts for CO reduction to multi-carbon products”的研究论文，该研究首次提出了基于氮杂化卡宾的将CO还原为多碳产物的高效高选择性的非金属电催化剂。
近年来随着经济的发展，大量化石燃料被燃烧，导致了CO2等温室气体的过量排放，因此全球面临着气候变暖、能源短缺的问题。为此，我国提出在2030年实现碳达峰，并在2060年实现碳中和的目标。通过电化学还原反应将CO2还原为更有价值的多碳产物是解决能源和环境问题的一个绿色且可持续的方法。之前的研究表明氮杂环卡宾（N-heterocyclic carbene, NHC）分子可以有效地将CO2还原为CO及其它单碳产物。但是CO产物极易在NHC分子表面脱附，这将阻碍CO进一步被还原为多碳产物，从而限制了NHC在CO2还原领域的应用。
在本研究中，通过将NHCs引入石墨烯晶格设计出一种新型的二维异相化氮杂环卡宾纳米材料（two-dimensional heterogenous N-heterocyclic carbene nanomaterials, 2D-NCM）。该材料具有出色的热力学和动力学稳定性，可以稳定的吸附并活化CO分子，并对CO还原为乙醇和乙烯具有很高的活性与选择性。此外，极具竞争性的析氢反应也可以得到有效的抑制，进一步提高了多碳产物的选择性。总之，该工作第一次报道了一种基于NHC的可以将CO还原为多碳产物的非金属电催化剂，不仅拓展了NHC的应用领域，而且还为开发可持续和环境友好型CO2减排技术开辟了一条新的、低成本的途径。
浙江农林大学为该论文的第一单位，光学工程学科刘伟副教授和光机电研212班谢云浩为共同第一作者，刘伟副教授和徐晶教授为共同通讯作者。本研究得到了国家自然科学基金（12075211，11975206，12074341）、浙江自然科学基金（LQ20B030002）和浙江农林大学科学研究基金（2019FR005，2019FR006）的资金资助。
论文链接：https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S2212982023001774
（文：刘伟，审核：姚立健）
