本质导电和Cu功能化的聚合物复合膜作为CO2电还原的气体扩散电极
Ignacio Sanjuán1,2, Vaibhav Kumbhar1,2, Oleg Prymak3,2
1Technische Chemie III, Universität Duisburg-Essen, Carl-Benz-Straße 199, 47057, Duisburg, Germany.
ChemSusChem
|August 2, 2024
概括
我们开发了具有可调节孔的新型气体扩散电极,以实现高效的电化学二氧化碳减排 (CO2RR). 这些电极提高了对乙烯等有价值产品的选择性,改进了二氧化碳转化技术.
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:
- 气体扩散电极 (GDE) 在电化学二氧化碳减排 (CO2RR) 中至关重要.
- 控制电极架构是优化CO2RR性能和选择性的关键.
- 现有的GDE经常面临着毛孔湿和对活体部位分布的有限控制的挑战.
研究的目的:
- 引入一种具有可调节毛孔形态的新类GDE.
- 调查内部与外部铜 (Cu) 活性位点分布对CO2RR的影响.
- 在CO2RR中增强对C2产品的选择性.
主要方法:
- 通过薄膜造和相位分离,制造具有控制孔隙结构的内在导电聚合物复合材料膜.
- 使用NaBH4促进的涂层策略,选择性地使用铜 (Cu) 对内部孔区域进行功能化.
- 在二氧化碳流电解仪中测试GDE作为独立的阴极.
主要成果:
- >70% 对于CO2RR产品的法拉达效率,在电流密度高达200mA/cm2的电流密度下实现.
- 与外部Cu相比,GDE孔系统内的内部Cu位点增加了C2H4/CO选择性高达3倍.
- 气态CO2即使在湿后也进入宏孔中的内部Cu,而CO2RR在湿的纳米尺度孔中被抑制.
结论:
- 具有可调节毛孔形态和内部Cu活性位点的新型GDE显著提高了CO2RR的选择性.
- 在GDE架构中控制活跃站点的位置和可访问性对于高效的二氧化碳转化至关重要.
- 这些发现为设计用于选择性二氧化碳利用的先进电极提供了途径.
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