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Potentiometry: Membrane Electrodes

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Membrane electrodes, also known as p-ion electrodes, use membranes that selectively interact with free analyte ions, generating a potential difference across the membrane. The resulting membrane potential, known as the asymmetry potential, is not zero even when analyte concentrations on both sides of the membrane are equal. The membrane's response is typically not selective to a single analyte but proportional to the concentration of all ions in the sample solution capable of interacting at...
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Controlled-Potential Coulometry: Electrolytic Methods01:17

Controlled-Potential Coulometry: Electrolytic Methods

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Controlled-potential coulometry, also known as potentiostatic coulometry, employs a three-electrode system in which the working electrode's potential is precisely regulated using a potentiostat. Platinum working electrodes are utilized for positive potentials, while mercury pool electrodes are favored for extremely negative potentials. The platinum counter electrode is separated from the analyte using a membrane or salt bridge to avoid interference in the analysis.
The chosen potential...
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Electrolysis03:00

Electrolysis

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In a galvanic cell, the electrical work is done by a redox system on its surroundings as electrons produced by the spontaneous redox reactions are transferred through an external circuit. Alternatively, an external circuit does work on a redox system by imposing a voltage sufficient to drive an otherwise nonspontaneous reaction in a process known as electrolysis. For instance, recharging a battery involves the use of an external power source to drive the spontaneous (discharge) cell reaction in...
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Bhavin Siritanaratkul1, Mark Forster1, Francesca Greenwell1

  • 1Stephenson Institute for Renewable Energy and the Department of Chemistry, University of Liverpool, Liverpool L69 7ZF, United Kingdom.

Journal of the American Chemical Society
|April 22, 2022
PubMed
Resumen

El aumento de la reducción electroquímica de dióxido de carbono (CO2) requiere superar la formación de carbonatos. Los catalizadores tolerantes al ácido en los dispositivos de brecha cero permiten la conversión selectiva de CO2, lo que demuestra un camino hacia una captura y utilización eficientes de carbono.

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Área de la Ciencia:

  • La electroquímica
  • Catálisis
  • Captura y utilización del carbono

Sus antecedentes:

  • La reducción electroquímica de CO2 se ve obstaculizada por la formación de carbonatos en medios alcalinos.
  • Las células de cero brecha con membranas bipolares (BPM) ofrecen una solución, pero enfrentan desafíos con la estabilidad del catalizador en entornos ácidos.
  • La evolución del hidrógeno a menudo domina la reducción de CO2 en los dispositivos BPM debido a la degradación del catalizador.

Objetivo del estudio:

  • Desarrollar y evaluar electrocatalizadores tolerantes a los ácidos para la reducción selectiva de CO2 en un dispositivo BPM de brecha cero.
  • Investigar el rendimiento de los electrocatalizadores moleculares de Ni en condiciones alcalinas dentro de una configuración de BPM.
  • Demostrar la eficiencia de la conversión de CO2 utilizando agua pura y una fuente de CO2.

Principales métodos:

  • Se utilizaron configuraciones de celdas de brecha cero con membranas bipolares de sesgo inverso (BPM).
  • Se emplean electrocatalizadores moleculares de Ni tolerantes al ácido para la reducción de CO2.
  • Funcionó el dispositivo con una alimentación de agua pura y CO2 en varias densidades de corriente.
  • Se analizó la selectividad del producto y se identificaron las limitaciones de rendimiento.

Principales resultados:

  • Se ha conseguido una reducción selectiva de CO2 (> 60%) utilizando electrocatalizadores moleculares de Ni tolerantes al ácido en un dispositivo BPM de intervalo cero.
  • Se ha demostrado la conversión exitosa de CO2 con agua pura y alimentación de CO2, evitando la pérdida de carbonato.
  • Se observó una disminución de la selectividad del CO (> 30%) a densidades de corriente más altas (100 mA cm-2) debido a la inhibición reversible del producto.
  • Se confirmó la viabilidad de los catalizadores moleculares de Ni en entornos ácidos dentro de los BPM.

Conclusiones:

  • Los catalizadores tolerantes al ácido son cruciales para la reducción electroquímica eficiente de CO2 en los dispositivos BPM de brecha cero.
  • Los electrocatalizadores moleculares de Ni son prometedores para la conversión selectiva de CO2, superando los desafíos de la formación de carbonato y la degradación del catalizador.
  • Se necesitan más investigaciones sobre la mitigación de la inhibición del producto para optimizar el rendimiento a densidades de corriente más altas.