過度的化石燃料消耗導致大氣中二氧化碳含量不斷增加，并可能導致災難性的氣候變化，通過減少二氧化碳來實現碳中和是全球可持續發展的一個長期目標。結合可再生能源，電催化二氧化碳還原(CO₂RR)為實現凈二氧化碳消除和增值燃料的制備提供了一個有前景的解決方案。在各種CO₂RR產物中，合成氣(CO和H₂的混合物)是合成化工的理想原料。

目前合成氣主要采用傳統工藝生產，包括煤氣化、天然氣蒸汽重整等，工藝能耗大，反應條件條件惡劣。相比之下，在不受地域限制的溫和條件下，僅以CO₂為碳源，以H₂O為氫源的CO₂RR，可以為工業應用提供靈活的平臺。雖然CO₂RR取得了令人鼓舞的進展，但仍存在若干挑戰。因此，開發高效的、能實現合成氣可控合成的電催化劑至關重要。

基于此，大阪大學Yasutaka Kuwahara等人制備了含Ag納米粒子(NPs)的氨基聚合物功能化空心碳球(Ag-P@HCS)作為生產合成氣的活性催化劑，該催化劑也不負眾望的展現出優異的催化性能。

本文在CO₂飽和的0.5 M KHCO₃溶液中，使用標準地的三電極體系(氣密H型電解池)測試了合成催化劑的CO₂RR性能。根據氣相色譜的結果可以發現，H₂是P@HCS的主要電解產物，其幾乎不產生CO。與P@HCS不同，含有Ag納米顆粒的催化劑(即Ag-HCS和Ag-P@HCS)能夠產生一定的CO。由此可以推斷，Ag NPs可以作為CO生成的活性位點，這與Ag NPs具有相對較弱的CO結合強度有關。

值得注意的是，與Ag-HCS相比，Ag-P@HCS在所有電位下均可觀察到較高的拉第效率(FE_CO)，Ag-P@HCS在-0.8 V_RHE時達到最高的FE_CO (70.1%)，是Ag-HCS(15.3%)的4.6倍。更加重要的是，與其他催化劑不同的是，Ag-P@HCS(1.09~2.54)在較寬的電勢范圍內的CO/H₂比值可以控制在最優的合成氣比值范圍內，這說明其非常適用于工業生產。

此外，由于不同的氨基聚合物含量，Ag-HCS(0.27)、Ag-0.5P@HCS(0.66)、Ag-P@HCS(2.54)、Ag-2P@HCS(0.98)和Ag-4P@HCS(0.58)在-0.8 V的電位下可以獲得可控的CO/H₂摩爾比。如前所述，與Ag-HCS相比，Ag-P@HCS對CO的制備顯示出更高的選擇性，這是由于氨基聚合物功能化后Ag分散的增加和CO₂親和力增強所導致的催化劑的催化性能的改變。

綜上所述，本文制備了氨基聚合物功能化的空心碳球，并將其與銀納米顆粒結合，以通過電化學CO₂RR合成CO/H₂比例可控的合成氣。氨基聚合物的引入顯著提高了Ag-HCS的FE_CO，這是由于提高了其對CO₂的吸附能力，降低了電荷轉移電阻以及中間產物(CO₂^–)十分穩定。

之后，本文通過優化該催化體系中的氨基聚合物含量，可以得到適合工業生產合成氣的生成比，研究結果強調了氨基聚合物在該催化劑體系中的作用，并可能為綠色和可持續能源轉化的高性能電催化劑的設計提供啟發。

與流動電解池相比，本研究中使用的H型電解池更適合于高性能電催化劑的設計和篩選研究，因為H型電解池更易于操作和快速測試。總之，本文的工作證明了氨基聚合物功能化用于設計高性能CO₂RR電催化劑的潛力。

Aminopolymer-Functionalized Hollow Carbon Spheres Incorporating Ag Nanoparticles for Electrochemical Syngas Production from CO₂, Applied Catalysis B: Environmental, 2023, DOI: 10.1016/j.apcatb.2023.122713.

https://doi.org/10.1016/j.apcatb.2023.122713.