探索三元金属硫化物作为二氧化碳还原反应的电催化剂

积极降低大气中CO 2水平的最有希望的方法之一是通过电催化 CO 2还原反应将其回收为有价值的化学品。使用合适的电催化剂，可以在温和的条件下以较低的能源成本实现这一目标。

许多类型的电催化剂正在被积极研究，但大多数都存在电催化活性低、选择性差或稳定性低的问题。

金属硫化物可能为解决这一难题提供巨大的潜在解决方案。通过结合离子和共价特性，这种独特的材料家族具有良好的催化活性和能源效率。

三元金属体系有望成为更好的解决方案，因为根据最近的研究，简单的金属硫化物在 CO 2还原反应中仍然只能产生少量简单的碳化合物，因此缺乏多功能性。然而，讨论三元金属硫化物作为 CO 2还原电催化剂的功能性的出版物数量仍然很少。

在此背景下，日本东京工业大学助理教授山口章领导的研究小组，致力于研究尚未报道过的三元金属硫化物的趋势。

在他们最新的研究中，他们发表在《材料科学与工程：R：报告》上，结合了实验数据分析和机器学习，以深入了解材料科学中这一未知领域。

“三元金属硫化物可能提供协同双金属效应，从而增强二氧化碳的还原性能。然而，这些材料具有复杂的电子结构，很难利用它们对中间化合物的吸附能来分析不同金属和合金的电催化剂性能趋势，”山口解释说。

为了克服这些挑战，研究人员开发了一种新颖的筛选方法。与以前的筛选方法不同，以前的筛选方法通常需要计算昂贵的电催化剂吸附能，而研究人员专注于分析从实验和数据分析中得出的更容易测量和计算的材料特性。

研究人员利用对自己合成的金属硫化物样品进行各种测量所获得的实验数据，计算出一组代表结构、体积和表面参数的材料特性。

他们还测量了材料的电化学 CO 2还原活性。此外，他们在机器学习模型中使用了四种不同的高维回归算法来揭示材料特性与电催化性能之间的可能关系。

通过这种方式，研究人员设计了一种简化的工作流程，可以确定解释电催化材料高活性起源的重要参数。这项研究的主要发现之一是，关注三元金属硫化物的晶体结构比仅仅关注其元素组成能产生更好的结果。

“我们的方法比其他筛选技术负担更小，不需要高通量实验工具。此外，它具有推广性，适用于许多材料，鉴于 CO 2还原反应的材料活性数据有限，这种方法尤其有益，”Yamaguchi 解释道。

研究小组希望他们的努力能够为利用自然界中普遍存在的材料开发二氧化碳转化催化剂提供有效的设计指南，并且希望他们的指南能够应用于其他研究领域。