9月26日消息，德国柏林亥姆霍兹能源与材料中心（HZB）Prashanth Menezes领导的国际团队在《先进功能材料》（Advanced Functional Materials）发表研究，系统揭示了银纳米催化剂的尺寸与分布密度如何决定CO₂电解还原制CO的性能，并展示了一台可同时生产三种产品的耦合电解装置。

电解可将CO₂还原为CO，后者是燃料等化学品的重要原料。在GreenQUEST项目框架下，团队系统研究了由银纳米颗粒构成的催化剂层，同时改变颗粒尺寸与在电极上的密度。结果显示，性能最优的是直径约10纳米、疏松分布的银纳米颗粒：颗粒与导电碳粉共同喷涂到电极上，理想配比为银占质量20%、碳粉占80%。

研究进一步解释了尺寸效应的物理机制：过小的银纳米颗粒会因尺寸过小而失稳，过大或过密堆积又会损失活性比表面积，10纳米左右的“稀疏层”恰好在活性与稳定性之间取得平衡。透射电子显微镜（TEM）表征直观呈现了这一最优结构。

在装置层面，团队展示了提升经济性的耦合策略：在阳极引入甲醛（HCHO）氧化制甲酸（HCOOH）的化学反应，使同一台电解池在阴极产CO、阳极产甲酸，同时副产氢气，形成“一池三产品”格局，摊薄了电解能耗成本。

技术路线上，CO与电解水副产的H₂可组成合成气，进而转化为二甲醚（DME），再催化合成以丙烷（C₃H₈）和丁烷（C₄H₁₀）为主要成分的绿色液化气（green-LFG）。若电解电力来自风电或光伏，全过程因CO₂循环利用而接近碳中和。

该工作是HZB与南非合作机构联合推进的GreenQUEST项目的一部分，目标是开发平价、可持续的绿色烹饪燃料，替代南非农村地区仍广泛依赖的薪柴等传统生物质燃料，兼顾减碳与室内空气污染治理。对电解催化行业而言，该研究给出的颗粒尺寸—密度定量优化窗口，对银基及其他贵金属基CO₂还原催化剂的工业化涂层设计具有直接参考价值。 （来源：Phys.org）