Karbondioksitin Verimli Elektrokatalitik İndirgenmesi Çalışmalarında Yeni İlerlemeler
Son zamanlarda, Çin Bilimler Akademisi Dalian Kimyasal Fizik Enstitüsü'ne bağlı Devlet Kataliz Laboratuvarı'ndan Bao Xinhe ve Wang Guoxiong ekibi, karbondioksitin yüksek verimli elektrokimyasal indirgenmesi araştırmalarında yeni ilerlemeler kaydetti.İlgili sonuçlar Energy Environ.Sci.'de yayımlandı.
Karbondioksit elektrokimyasal indirgeme (CO2RR), karbondioksitin dönüşümünü ve kullanımını ve sürdürülebilir bir karbon kaynağı geri dönüşüm ağının inşasına elverişli olan yenilenebilir temiz elektriğin verimli bir şekilde depolanmasını aynı anda gerçekleştirebilir. Son yıllarda, araştırma ekibi kataliz perspektifinden CO2 elektrokimyasal indirgemesinin benzersiz ve derinlemesine sistematik bir çalışmasını yürütmüş ve nano-Pd tabanlı katalizörler, metal oksit arayüzleri vb. üzerinde bir dizi araştırma sonucu elde ederek CO2 elektrokimyasalını önemli ölçüde iyileştirmiştir. İndirgemenin seçiciliği, aktivitesi ve kararlılığı (J. Am. Chem. Soc., Chem. Sci., J. Am. Chem. Soc., ACS Catal., Angew. Chem. Int. Ed.).
Geçiş metali-azot-karbon kompozitleri, soy metallerin yerini alması beklenen elektrokimyasal bir malzemedir. Araştırma ekibi yakın zamanda bu tür malzemelerin kontrollü hazırlanmasına ve elektrokimyasal özelliklerine odaklandı (Energy Environ.Sci., Nano Energy, ACS Catal). .). Önceki çalışmalar, geçiş metali-azot-karbon kompozitlerinin elektrokimyasal indirgeme yoluyla CO2'yi azaltarak CO üretebileceğini, ancak aşırı potansiyel arttıkça rekabetçi hidrojen evrim reaksiyonu (HER) akımının önemli ölçüde arttığını ve bunun sonucunda CO Faraday verimliliğinde hızlı bir düşüşe neden olduğunu göstermiştir. Yüksek CO akım yoğunluğu elde edin. Bu nedenle, yüksek CO2RR akım yoğunluğu ve Faraday verimliliğine aynı anda ulaşmak, geçiş metali-azot-karbon kompozitleri için önemli bir zorluktur.
Bu çalışmada ekip, çinko/nikel bimetalik zeolit imidazol iskeletini (ZIF-8) piroliz ederek monodisperse olan gözenekli bir Ni-N katkılı gözenekli karbon malzeme hazırlamayı başardı. Ni türleri %5,44 ağırlıkça yüke kadar çıkar. Bu Ni-N katalizöründe, CO Faraday verimliliği -0,53 V ile -1,03 V (RHE'ye kıyasla) arasındaki geniş potansiyel aralığında %92,0 ile %98,0 arasında korundu. CO akım yoğunluğu aşırı potansiyelle birlikte arttı, -1,03 V'da (RHE'ye kıyasla) 71,5±2,9 mA/cm2'ye ulaştı. Karakterizasyon sonuçları ve karşılaştırmalı deneyler, koordinasyon doymamış Ni-N'nin aktif bölge olduğunu göstermektedir; yoğunluk fonksiyonel teorisi hesaplamaları ayrıca CO2RR'nin NiN2V2 (V boşluğu belirtir) konumunda HER'den daha olası olduğunu ortaya koymaktadır. NiN2V2'nin CO2RR'nin aktif parçası olabileceği tahmin edilmektedir. Bu nedenle, doymamış Ni-N aktif bölgelerinin yüksek yüklü koordinasyonu aynı anda yüksek akım yoğunluğuna ve CO2RR'nin Faradaik verimliliğine ulaşarak, geçiş metali-azot-karbon kompozitleri üzerindeki CO2RR seçiciliği ve reaksiyon hızının "seesawboard" etki sınırını aşar.
Yukarıdaki araştırma çalışmaları Çin Ulusal Doğa Bilimleri Vakfı, Ulusal Anahtar Ar-Ge Programı, DMTO ve Çin Bilimler Akademisi'nin pilot projeleri tarafından finanse edilmiştir.