近日，中國(guó)礦業(yè)大學(xué)研究團(tuán)隊(duì)在材料領(lǐng)域期刊《Journal of Materials Chemistry A》發(fā)表碳中和CO2電催化重要研究成果。團(tuán)隊(duì)系統(tǒng)研究14種無放射性鑭系元素?fù)诫s鎳基催化材料，第一次建立鑭系本征摻雜改性、電磁外場(chǎng)強(qiáng)化調(diào)控的一體化催化機(jī)理研究，浪聲科學(xué) FRINGE D200桌面式X射線衍射儀為本研究晶體結(jié)構(gòu)、物相演變分析提供核心表征支撐。

研究核心亮點(diǎn)

電催化 CO2還原(eCO2RR)是實(shí)現(xiàn)人工碳循環(huán)、消納可再生能源的核心技術(shù)，但純鎳基催化劑存在CO產(chǎn)物選擇性偏低的行業(yè)痛點(diǎn)。本研究團(tuán)隊(duì)制備全系列鑭系摻雜鎳基納米催化劑，實(shí)現(xiàn)雙重性能突破，并建立全新統(tǒng)一理論機(jī)制：

（1）鑭系摻雜顯著提升CO催化選擇性 

鑭系元素原子半徑更大，摻雜后會(huì)引發(fā)鎳晶格擴(kuò)張，精準(zhǔn)調(diào)控鎳位點(diǎn)電子結(jié)構(gòu)。同等測(cè)試條件下，純鎳催化劑 CO 法拉第效率僅 72.8%；全部鑭系改性樣品 CO 選擇性均突破 90%，其中 Ni-Er、Ni-Tm 體系性能最佳，法拉第效率高達(dá) 98.4%，催化劑電荷轉(zhuǎn)移阻力平均降低 47.3%。

（2）電場(chǎng)、磁場(chǎng)可等效強(qiáng)化催化反應(yīng)活性

外加電場(chǎng)、磁場(chǎng)均能有效提升 CO2還原電流密度，強(qiáng)化效果隨外場(chǎng)強(qiáng)度提升而增強(qiáng)；施加 1T 恒定磁場(chǎng)后，催化體系電荷轉(zhuǎn)移阻力平均下降 20.3%。

（3）打通材料改性與外場(chǎng)調(diào)控統(tǒng)一理論邊界 

研究證實(shí)，鑭系元素?fù)诫s、電磁外場(chǎng)調(diào)控兩種改性路徑底層作用邏輯一致：二者均通過加速催化劑界面電荷傳遞效率提升 eCO2RR 催化性能。結(jié)合 XRD、TEM 系列表征聯(lián)合驗(yàn)證，該鑭系摻雜鎳基催化劑在電解工況下晶體結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，具備規(guī)?；I(yè)化應(yīng)用潛力。

FRINGE D200核心支撐作用

在本次論文研究中，F(xiàn)RINGE D200 桌面式X射線衍射儀作為物相與晶體結(jié)構(gòu)表征的核心設(shè)備，承擔(dān)了以下關(guān)鍵作用：

（1）精準(zhǔn)識(shí)別金屬鎳基底、稀土氧化物、LnNiX金屬間化合物，直接證實(shí)鑭系元素成功摻雜進(jìn)入鎳晶格；

（2）定量解析稀土摻雜導(dǎo)致的晶格擴(kuò)張，與 TEM 數(shù)據(jù)相互印證；

（3）對(duì)比電解前后樣品XRD圖譜，驗(yàn)證催化劑晶體結(jié)構(gòu)長(zhǎng)效穩(wěn)定；

（4）統(tǒng)一解析全系列樣品晶體結(jié)構(gòu)演變規(guī)律，排除結(jié)構(gòu)差異干擾，錨定電子結(jié)構(gòu)調(diào)控為性能提升核心。

結(jié)語

CO2電催化還原是實(shí)現(xiàn)碳循環(huán)與可再生能源存儲(chǔ)的關(guān)鍵技術(shù)路徑。XRD晶體衍射分析始終是催化劑材料研發(fā)中物相鑒定、結(jié)構(gòu)演變追蹤、構(gòu)效關(guān)系解析的核心表征手段。

作為國(guó)產(chǎn)X射線衍射儀器的創(chuàng)新企業(yè)，浪聲科學(xué)始終深耕XRD核心技術(shù)，為高校院所、重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室及新能源企業(yè)提供高精準(zhǔn)、高穩(wěn)定、智能化的全套解決方案。從基礎(chǔ)學(xué)術(shù)研究到前沿機(jī)理探索，我們持續(xù)以精準(zhǔn)可靠的XRD數(shù)據(jù)，賦能新能源材料研發(fā)、碳中和催化機(jī)制探索及制造質(zhì)量控制，為科研決策提供堅(jiān)實(shí)支撐。