纳米多孔金催化剂减少二氧化碳气体扩散电极

在最近的一项研究发表在杂志上ACS能源字母,研究人员分析了纳米多孔金的影响(np-Au)催化剂的电化学还原二氧化碳(有限公司₂)一氧化碳(CO)在气体扩散电极(GDE)和研究电化学润湿对输出的影响。

研究:探索纳米多孔金的催化地活跃区域气体扩散电极的高度选择性减少二氧化碳。图片来源:VectorV / Shutterstock.com

np-Au催化剂有微孔隙的大小小于20 nm和各向同性的维度。此外,感应电流的效率(FE)有限公司超过95%的范围广泛的潜力最大局部电流密度为168 mA /厘米²。

电化学还原的有限公司₂

有限公司₂是一种温室气体,密度比平均水平高出53%的空气和全球变暖的主要原因,酸性的雨,水分。这也是一个副产品燃料和碳循环的许多化学物质。公司的电化学还原₂有价值的产品,如公司提供了一个有效的手段来生产可再生能源电力的形式。此外,公司是甲醇生产的先驱,烯烃的加氢甲酰化醛,费托反应,和金属提纯。

有限公司₂减少公司在一个电极产生的电流密度10 - 20 mA /厘米²,对公司高选择性和铁大于90%。然而,这种电流密度过低的经济可行性和商业应用。gd显示大电流密度的改善由于较高的质量输运效率相比aqueous-based电化有限公司₂减少细胞。

在水减少细胞,第一有限公司₂必须完全溶解在电解液(即包含催化剂。,完全湿催化剂),然后扩散到电极表面。由于低溶解度的有限公司₂在液体电解质,这过程质量较低的运输效率。

然而,在gd,电解质,催化剂,形成了一个三相边界层(即产生气体。,部分润湿催化剂)。这允许气体通过多孔催化剂层,导致扩散长度短,高有限公司₂大众运输效率,更高的电流密度大于100 mA /厘米²。

关于这项研究

在这项研究中,研究人员使用一个np-Au GDE催化剂的还原过程中生成更高的电流密度有限公司₂成有限公司np-Au本地增加电解液的pH值,抑制寄生的析氢反应(她)。

首先,np-Au GDE合成的电子束共盟和银(Ag)粒子在碳纸与微孔隙基质。yabo214之后,非盟_xAg)_1−x合金和微孔结构能够选择性溶解在浓硝酸化学蚀刻Ag)粒子。yabo214最后盟电极后纳米孔Ag)颗粒的去除。yabo214

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随后,用铂(Pt)网对电极对的工作np-Au电极在循环电解溶液1 M KHCO₃。选择阴离子交换膜互相分离的阴极和阳极,形成一个完整的电解槽。最后,公司₂气体通过蛇形通道流传在固定流量的标准50立方厘米/分钟(SCCM)。

观察

飞机非盟(pl-Au) GDE展出最高82%的铁有限公司在-0.82 V_流值和106毫安的最大电流密度/厘米²在-0.92 V_流值35%,而非盟np-Au电极表现出88%的铁有限公司在-0.92 V_流值和164毫安的电流密度/厘米²在-0.92 V_流值。

95%的峰值FE公司发现在-0.42 V_流值。35%非盟电极连续韧带覆盖整个电极表面,提高电解液的润湿,并让更多的公司₂气体坚持np-Au催化剂层,从而提高整体的电化学性能。

pl-Au和15%非盟电极显示疏水性与相应的接触角度106°和108°的亲水性35%非盟电极的接触角59°。此外,非盟电极表面积的35%下降到56%的流量50 SCCM相比,其完全润湿价值。减少气体流量的大小减少毛孔内由于减压多孔网络。

结论

总之,这项研究的研究人员开发了一种新方法来增加电极的催化活性的减少有限公司₂成CO GDE通过合并np-Au电极和实现增强铁有限公司和较高的电流密度。

35%的非盟包含np-Au电极表现出最高的电化学性能由于其长,连续盟韧带覆盖在电极表面与pl-Au相比,15%非盟,25%非盟电极。代的高电流密度使np-Au电极的潜在候选人商业回收有限公司₂为可再生能源。

源

芬威克,一个。韦尔奇,。李,X。沙利文,我。DuChene, J。香,C。阿特沃特,H。,探索纳米多孔金的催化地活跃区域为高度选择性减少二氧化碳气体扩散电极,ACS能源字母,2022,871 - 879https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acsenergylett.1c02267

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