通过局部微环境调制,在有机功能化CuO纳米粒子上进行选择性CO2电还原到多碳产品
Shan Ren1, Xi Cao2, Qikui Fan3
1Materials Interfaces Center, Shenzhen Institutes of Advanced Technology, Chinese Academy of Sciences, Shenzhen, 518055, Guangdong, People's Republic of China.
Nano-micro letters
|August 8, 2024
概括
氧化铜纳米颗粒与有机分子的表面功能化增强了电化学二氧化碳减排 (CO2RR) 到有价值的多碳产品. 这种方法在中性电解质中实现了高效率和选择性,为可持续的化学生产铺平了道路.
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
- 催化剂是一种催化剂.
- 可持续化学 可持续化学
背景情况:
- 基于铜的催化剂的表面功能化是一种有前途的策略,可以改善对多碳 (C2+) 产品的电化学二氧化碳减排反应 (CO2RR).
- 现有的方法往往侧重于抑制的演变,并将CO2/CO集中在电极表面.
- 在中性电解质中开发有效的C2+生产催化剂仍然是一个重大挑战.
研究的目的:
- 在中性电解质中开发具有增强活性和选择性的表面功能化催化剂,用于中性电解质中的电催化CO2RR到C2+产品.
- 研究表面功能化影响CO2RR路径和C-C合的机制.
- 为了证明这些催化剂在流电池和膜电极组合 (MEA) 电解剂中的性能.
主要方法:
- 合成 CuO 纳米颗粒,涂上六甲乙烯基烯有机分子 (HEB-CuO NPs).
- 在流电池设置和膜电极组件 (MEA) 电解仪中进行电化学评估.
- 现场光谱和分子动力学模拟以阐明反应机制.
主要成果:
- 在300 mA cm−2时达到近90%的C2+法拉代效率,并在中性电解质流细胞中在100600 mA cm−2时保持>80%的FE.
- 在MEA电解器中,在387.6mA cm−2下显示了86.14%的FE_C2+,在200mA cm−2.2下持续运行超过50小时.
- 谱学和模拟研究表明,减少协调的K⋅H2O覆盖率促进了CO相互作用和C-C合,提高了C2+产量.
结论:
- 用HEB分子对CuONP的表面功能化显著增强中性介质中的电催化CO2RR转化为C2+产品.
- 开发的催化剂在工业相关条件下表现出高活性,选择性和稳定性.
- 这项工作为优化催化剂微环境提供了一条途径,以实现高效和可持续的C2+生产.
