Nature：新型催化剂 90%效率 2000小时寿命

EPFL胡喜乐研究团队针对高温（800°C）固体氧化物电解池（SOEC）中二氧化碳电还原效率低、寿命短的问题，开发了一种新型催化剂：Sm₂O₃掺杂CeO₂（SDC）封装的Co-Ni合金（Co₀.₅Ni₀.₅@SDC）。通过优化合金成分与封装结构设计，该催化剂在800°°C下进行高温CO2转CO转化，1 A cm⁻²电流密度下实现了90%的能量效率和2000小时以上的超长寿命，其对CO的选择性约为100%，单次转化率可达90%。研究结合实验表征（如XPS、XANES、原位电化学阻抗谱）和理论计算（DFT），揭示了其高活性与稳定性的机制，即金属-氧化物界面增强CO₂吸附，同时合金成分抑制焦炭形成与金属团聚，突破了传统催化剂在活性与稳定性之间的权衡。研究成果以Encapsulated Co–Ni alloy boosts high-temperature CO2 electroreduction为题发表于Nature。

主要创新点

1.封装结构设计：

将Co-Ni合金核心包裹在SDC壳层中，有效抑制高温下金属颗粒团聚和焦炭沉积。通过SDC的高氧离子传导性，促进三相界面（CO₂、催化剂、电解质）的反应动力学。

2.合金成分优化：

发现Co/Ni摩尔比为0.5:0.5时性能最佳，平衡了CO₂吸附强度与CO脱附能力，避免产物中毒。合金化协同调控电子结构，增强电荷转移，提升催化活性。

3.性能突破：

在工业级电流密度（1 A cm⁻²）下，能量效率达90%（传统催化剂<70%），寿命超2000小时（传统<200小时）。单程CO产率高达90%，且无需额外氢气源，简化系统设计。

图1：高温二氧化碳电还原的示意图。

图2 ：二氧化碳电还原性能。

图3：特征描述。

图4：运作机制

论文地址：https://www.nature.com/articles/s41586-025-08978-0