通过控制气体扩散电极的微观结构,提高C≥2产品在电化学CO2减少中的选择性
Francesco Bernasconi1,2, Alessandro Senocrate1,3, Peter Kraus1
1Empa, Swiss Federal Laboratories for Materials Science and Technology 8600 Dübendorf Switzerland alessandro.senocrate@empa.ch.
概括
控制聚合物基气体扩散电极的微观结构和疏水性是有效的二氧化碳 (CO2) 电化学减少到有价值的多碳产品的关键,提高了催化剂的选择性和稳定性.
科学领域:
- 材料科学 材料科学 材料科学
- 电化学 电化学 电化学
- 催化剂是一种催化剂.
背景情况:
- 通过电化学方法减少二氧化碳 (CO2) 是可持续化工生产的一个有前途的途径.
- 气体扩散电极 (GDE) 对于高效的二氧化碳减电至关重要,但它们的性能对微观结构和疏水性敏感.
- 控制这些特性对于提高对乙烯 (C2H4) 和其他多碳 (C≥2) 化合物等有价值产品的选择性至关重要.
研究的目的:
- 为制造可调节微结构的聚合物基GDE,用于二氧化碳的电还原.
- 研究GDE微观结构和疏水性对铜 (Cu) 催化剂的选择性和稳定性的影响.
- 了解限制长期性能的机制,并确定改善二氧化碳减排反应 (CO2RR) 稳定性的策略.
主要方法:
- 使用电和物理蒸汽沉积制造基于聚合物的GDE.
- GDE微观结构的表征,包括平均孔径大小和水进入压力 (疏水性).
- 使用铜催化剂在受控电流密度和电解质过压下对二氧化碳还原反应 (CO2RR) 性能进行电化学评估.
主要成果:
- 具有小孔径 (0.2微米) 和高疏水性 (>1巴水进入压力) 的GDE在C2H4 (~50%) 和C≥2产品 (~75%) 中实现了高法拉达效率.
- 在长期CO2RR过程中,由于高度碳酸盐沉而导致的电极泛滥导致从C2H4转变为CH4和H2.
- 小孔,疏水的GDE表现出优越的稳定性对电解质过压 (高达1 bar),保持选择性,与大孔电极不同.
结论:
- GDE的微观结构和疏水性极大地影响了CO2RR中的催化剂选择性和稳定性.
- 具有小孔和强疏水性的优化GDE对于实现高C≥2产品产量和长期运行稳定性至关重要.
- 了解和控制电极-电解质接口是减轻性能退化和推进二氧化碳电减技术的关键.
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