多金属分层催化剂用于稳定的电化学CO2降解成酸和酸

科学领域:

• 电化学 电化学 电化学
• 材料科学 材料科学 材料科学
• 环境科学 环境科学

背景情况:

• 电化学二氧化碳减排 (ECR) 通过将二氧化碳转化为甲酸盐等有价值产品,为减轻二氧化碳排放提供了一个有前途的途径.
• 在实践ECR中,以工业相关的速度实现长期催化剂稳定性是一个重大挑战,因为在高电流密度下催化剂降解.
• 基于 (Bi) 的催化剂正在探索ECR,但它们的稳定性,特别是在不同的pH条件下,需要改进才能得到广泛应用.

研究的目的:

• 开发一种强大而稳定的 (Bi) 气体扩散电极,用于高效的电化学二氧化碳减排 (ECR).
• 在工业相关条件下研究开发的催化剂的性能和耐用性,包括高电流密度和不同的pH值.
• 建立一个新的战略,以提高ECR催化剂的运行寿命,以实现实际的二氧化碳减排.

主要方法:

• 在银 (Ag) 基板 (Ag@Bi) 上制造一个 (Bi) 气扩散电极.
• 在各种电解质 (1M KOH,1M KHCO3,1M NaCl) 中对Ag@Bi催化剂进行电化学测试,以评估法拉第效率 (FE) 和形式/甲酸的选择性.
• 在高电流密度 (高达300 mA cm-2) 的稳定性测试和改造Ag@Bi/Ag催化剂的开发,以解决降解问题.

主要成果:

• Ag@Bi催化剂在1M KOH和1M KHCO3电解质中实现了高FE (>90%) 的形式.
• 对于酸,在高达300 mA cm-2.2的电流密度下观察到高选择性 (>85%) 在1 M NaCl 阴解质 (pH 2-3) 中.
• Ag@Bi催化剂在100 mA cm-2的1 M KHCO3中显示了超过500小时的稳定性,而修改后的Ag@Bi/Ag催化剂在100 mA cm-2的酸中显示了300小时的稳定性,≥70%的FE,克服了Bi漏问题.

结论:

• 开发的Ag@Bi气体扩散电极表现出卓越的性能和稳定性,用于电化学CO2降解成酸/酸.
• 多层Ag@Bi/Ag催化剂设计有效地应对催化剂降解,使在具有挑战性的条件下可长时间保持运行稳定.
• 这项工作提出了一个可行的战略,以实现ECR催化剂的运行寿命,这对于推进二氧化碳减排技术至关重要.