合理设计气体扩散电极的微环境通过微凝增强的CO2可用性高速和选择性的CO2电还原以乙烯
Hesamoddin Rabiee1,2, Mengran Li3, Penghui Yan1
1School of Chemical Engineering, The University of Queensland, Brisbane, QLD, 4072, Australia.
Advanced science (Weinheim, Baden-Wurttemberg, Germany)
|August 29, 2024
概括
本研究引入了胺微凝,以提高电极中的二氧化碳可用性,以实现高效的电化学二氧化碳还原反应 (CO2RR),显著提高乙烯生产率和选择性.
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:
- 高效的电化学二氧化碳减排反应 (CO2RR) 被催化剂层附近的低二氧化碳可用性所阻碍.
- 具有工程微环境的先进气体扩散电极 (GDE) 对于克服这一局限性至关重要.
研究的目的:
- 开发新的含胺的微凝,以增加GDE中的二氧化碳可用性.
- 为了提高基于Cu2O的GDE的性能,以实现高速率的二氧化碳降解为乙烯.
主要方法:
- 在Cu2O基的GDE中加入含氨基部分的CO2微凝.
- 使用4 - 乙烯二烯微凝,并将其性能与二甲基氨基乙烯基甲基酸盐微凝进行比较.
- 在不同电流密度和电池电压下,在零间隙设计中测试GDE性能.
主要成果:
- 胺微凝显著提高了当地二氧化碳的可用性,作为有效的二氧化碳微储库.
- 用胺微凝修改的GDE在700 mA cm-2时达到56%的乙烯法拉代克效率 (FE),比未修改的GDE (43%的FE在300 mA cm-2时) 显著改善.
- 使用胺微凝的零间隙设计在-4.0V电池电压 (>350 mA cm-2) 时为乙烯产生了58%的FE,超过了乙烯生产的两倍.
结论:
- 基于皮里丁的微凝表现出双功能作用,增强了二氧化碳的可用性和电催化减排.
- 开发的微凝增强的GDE提供了一个有前途的战略,用于高速率的CO2RR到C2+产品.
- 这种方法为利用各种微凝开辟了新的途径,以提高二氧化碳电解的选择性和效率.
