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杨绍攀¹, 肖南¹, 蒋宇¹, 冯晓慧¹, 邱介山²

杨绍攀，肖南，蒋宇，等.煤液化沥青基镍–硫氮共掺杂泡沫炭整体式催化剂高效电还原CO₂[J].洁净煤技术，2025，31（8）：109−119.
YANG Shaopan，XIAO Nan，JIANG Yu，et al. Efficient electroreduction of CO₂ over coal liquefaction pitch-based nickel-sulfur-nitrogen co-doped carbon foam monolithic catalysts[J].Clean Coal Technology，2025，31（8）：109−119.

提出“原子配位-宏观结构”双尺度协同策略：硫掺杂打破Ni-N₄几何/电子对称性，降低COOH*能垒；三维整体式泡沫炭免除粘结剂，连续导电网络结合分级孔道同步提升电荷传输与CO₂传质，实现高电流密度下>97% CO选择性。以煤液化沥青为前驱体，打通低阶碳资源→高值电催化材料技术路线，为CO₂RR工业模块放大提供可复制的整体式催化剂制备方案。

电化学CO₂还原（CO₂RR）制CO因产物单一、能量需求低被视为最具产业化潜力的碳利用路线。M-N-C催化剂活性位点多为高度对称的Ni-N₄，金属中心电子过富导致选择性下降；粉末电极需粘结剂，活性位点被包埋、传质受阻，电流密度与稳定性难以兼顾。煤液化沥青(CLP)是煤直接液化副产物，碳收率高、含杂原子，却尚未在整体式CO₂RR电极中应用。开发CLP衍生三维自支撑催化剂，兼顾活性位点电子调控与宏观传质强化，对推动低阶碳资源高值化及CO₂RR工业放大具有重要意义。

以聚氨酯泡沫为模板，CLP为碳源，通过溶液浸渍-氧化-碳化-硫脲二次热解，制备Ni-SN-CF整体式催化剂。硫掺杂重构M-N₄中心配位微环境增强本征催化活性，三维分级多孔整体式结构设计优化反应物/产物的传质动力学并提高电荷传输效率。研究表明，S原子的引入对Ni活性中心的电子具有调控作用，同时三维互连骨架结构有利于暴露更多的活性位点，加快反应的传质过程和电荷传导，显著提升了CO₂RR性能。在0.1 mol/L KHCO₃电解液中，该催化剂于−1.4 V vs. RHE电位下实现97.8%的CO法拉第效率，电流密度达到 57.8 mA/cm²，并在−1.0~−1.8 V vs. RHE宽电位窗口内保持>90%的CO选择性，且能稳定运行15 h以上。

(1) 硫掺杂打破Ni-N₄对称性，形成Ni-S配位与C-S-C缺陷，降低COOH*吸附能，FECO在−1.0~−1.8 V宽窗口>90%。

(2) CLP衍生三维整体式泡沫炭免粘结剂，连续导电网络结合分级孔道结构显著降低电荷转移阻抗，CO分电流达57.8 mA/cm²，较粉末样品提升一倍。

(3) 整体式Ni-SN-CF稳定运行15 h，FECO维持>90%，为煤液化沥青高值化利用及CO₂RR工业模块放大提供可直接复制的催化剂制备方案。