聚合物材料的电解质-电催化剂接口效应,用于 CO₂ 双重捕获和转换,使用现场电化学 AFM 阐明

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
• 化学工程是化学工程的重要组成部分.

背景情况:

• 整合二氧化碳捕获和电化学转化提供了一条减少二氧化碳再生能源需求的途径,特别是当由可再生电力供电时.
• 基于聚乙胺 (PEI) 的材料是有效的二氧化碳吸收剂,并且在反应性捕获过程中表现出有前途,改善了二氧化碳负载并影响了产品选择性和形成速度,而不是传统的水性电解质.
• 在电化学二氧化碳减排 (CO2R) 过程中,PEI 基电解质对催化剂 - 电极接口的特定影响尚不清楚.

研究的目的:

• 研究PEI基电解质在电化学CO2减排 (CO2R) 过程中对银电极的形态和纳米机械性能的影响.
• 使用现场电化学原子力显微镜 (EC-AFM) 来探测PEI电极接口的动态行为.
• 了解电解质组成,CO2负载和PEI分子量如何影响近电极环境及其对CO2R的影响.

主要方法:

• 制备基于PEI的电解质.
• 现场电化学原子力显微镜 (EC-AFM) 用于在CO2R过程中研究银电极表面的纳米机械性质 (DMT模量).
• 在应用负极化,不同的电解质组成 (包括KHCO3) 和二氧化碳捕获水平下,并使用不同的PEI分子量下对PEI链条重组的分析.

主要成果:

• 使用EC-AFM识别了PEI在电极表面上的独特的纳米机械特性.
• 由于静电相互作用,负极化诱导了PEI链的重组,变化取决于电解质组成和CO2负载.
• 较高的二氧化碳负载和KHCO3盐的存在将PEI重组和对齐最小化. PEI分子重量也影响了重新配置的动态.

结论:

• 在CO2R过程中,靠近电极的环境受到聚合物 (PEI) 的选择,电解质组成以及捕获的CO2的数量的影响.
• 这些因素极大地影响了电化学二氧化碳减排的性能.
• EC-AFM被证明是研究电催化过程中的动态界面行为的一个有价值的工具.