CO2-to-C2+ 製品の電子還元効率を改善する原子ランタニードドーパント誘導引力CuO触媒
Jiaqi Feng1, Limin Wu1,2, Shoujie Liu3
1Beijing National Laboratory for Molecular Sciences, Key Laboratory of Colloid and Interface and Thermodynamics, Center for Carbon Neutral Chemistry, Institute of Chemistry, Chinese Academy of Sciences, Beijing 100190, China.
Journal of the American Chemical Society
|April 24, 2023
まとめ
ガドリニウム (Gd) ドーピングは,効率的な二酸化炭素還元反応 (CO2RR) のための銅触媒を価値あるC2+製品に安定させ,性能と選択性を向上させます.
科学分野:
- 電気化学
- 材料科学
- カタリシス
背景:
- 銅 (Cu) は,CO2還元反応 (CO2RR) を通して二酸化炭素 (CO2) を高値C2+製品に変換する重要な電気触媒である.
- C−C結合に不可欠な活性Cu+種は,反応条件下ではしばしば不安定であり,触媒の性能を制限する.
- Cuベースの触媒に対する原子ドーパントの影響を理解することは,CO2RR効率を改善するために不可欠です.
研究 の 目的:
- 原子ドーパントが CO2RR の Cu ベースの電気触媒の性能にどのように影響するか調査する.
- 強化されたCO2電還元のためのガドリニウムドーピング銅酸化物 (Gd-CuO) 触媒の理論的および実験的設計と評価.
主な方法:
- 各種金属ドーピング Cu2O システムの熱力学的制限電位と CO 結合エネルギーを決定するための第一原理計算.
- 理論的予測に基づくGdドープ CuO (Gd1/CuO) 触媒の合成
- CO2削減のためのGd1/CuO触媒の電気化学的評価,ファラディック効率と部分電流密度測定を含む.
- ドーピングメカニズムの解明のための実験的および理論的な研究.
主要な成果:
- 理論的なスクリーニングでは,ガドリニウム (Gd) がCuベースのCO2RR触媒を改善する効果的なドーパントであると特定されました.
- CuO (Gd1/CuO) でのGdドーピングは,Cu+種を安定させ,張力ストレスを誘導し,触媒活性を強化した.
- Gd1/CuO触媒は,C2+製品に対する81.4%のファラディック効率を達成し,部分電流密度444.3mA cm-2で -0.8V対RHEを達成した.
- GdドーピングはCO2活性化を促進し,O*CCO中間物質を安定させ,C−C結合エネルギーバリアを下げました.
結論:
- 原子Gdドーピングは,CO2RRのためのCuベースの電気触媒の安定性と性能を高めるための実行可能な戦略です.
- Gd1/CuO触媒は,CO2の電還元からC2+製品を生産するための優れた効率と選択性を示しています.
- この研究は,Gdドーピングのメカニズムを洞察し,中介物質の安定化とC−C結合の促進におけるその役割を強調しています.
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