未修饰商业炭黑实现CO2直接电催化转化甲烷：结构协同与缺陷驱动催化的突破

这篇研究首次证实商用炭黑ECP-600JD无需修饰即可高效催化CO2电还原（CO2RR）生成CH4，其独特的薄壁腔体结构、多级孔道（meso-/micropores）和碳空位缺陷协同作用，在流动池中实现46.4%法拉第效率（FE）和92.8 mA cm?2分电流密度，颠覆了碳基催化剂必须改性的传统认知。

　　

Highlight

本研究首次利用原始商业炭黑（Ketjen Black ECP-600JD）实现CO₂直接电催化转化为CH₄，其独特的薄壁空腔结构、分级介孔/微孔体系和丰富的碳缺陷，在流动池中达成46.4%的CH₄法拉第效率（FE）、92.8 mA cm^?2分电流密度及1.09的CH₄/H₂比值。

Structural analysis of the catalysts

通过扫描电镜（SEM）和透射电镜（TEM）表征发现，ECP-600JD具有显著高于对比材料（ECP和Super P）的比表面积和缺陷密度。高分辨TEM图像（图1c-d）显示其石墨层边缘存在大量扭曲结构和悬空键，X射线光电子能谱（XPS）进一步证实了碳空位缺陷的存在。

Conclusions

ECP-600JD凭借其高比表面积、分级孔隙和本征碳缺陷的协同作用，突破了碳基催化剂必须掺杂改性的限制，为CO₂RR选择性产CH₄提供了新范式。机理研究表明，多模态孔隙协同增强CO₂吸附，而碳缺陷加速质子耦合电子转移（PCET）动力学，共同促进CH₄生成路径。