迄今为止最好的!新型多孔气凝胶可提高乙醇电合成性能

2021年07月28日 阅读量:3

利用Cu和Cu+是电催化CO2还原反应(CO2RR)生产C2产品的最有前途的方法之一,因为它可以促进CO2活化和C-C的二聚。然而,在Cu0-Cu+界面上选择性电合成C2+产品受到限制,因为相对于乙烯而言,电催化生产乙醇的能力较低。

 

来自韩国科学技术高级研究院等单位的研究人员,引入一种新型多孔Cu/Cu2O气凝胶网络,以提高电催化CO2RR的乙醇产率。气凝胶是由前驱体和还原剂进行简单的化学氧化还原反应合成的。CO2RR实验结果表明,Cu/Cu2O气凝胶以乙醇为主要产物,其法拉第效率(FEEtOH)为41.2%,部分电流密度(JEtOH)为32.55 mA cm−2。这是迄今为止报道的最好的乙醇电合成性能。电子显微镜和电化学分析结果表明,乙醇电合成性能的显著提高归因于大量Cu0-Cu+界面和高比表面积的聚合多孔气凝胶网络结构的局部pH的提高。相关成果发表在Advanced Functional Materials。

图1.Cu/Cu2O气凝胶的合成和结构

图2.Cu和Cu2O对Cu0-Cu+界面的表征

图3.氢电池反应器中的电催化二氧化碳转化性能。

图4.GDE在流动电池反应器中的应用

图5.乙醇电合成性能与以前的研究和提出的机理的比较。

 

综上所述,本文开发了一种用于CO2电合成乙醇的Cu/Cu2O气凝胶催化剂。在−1.1V时,Cu/Cu2O气凝胶具有较高的产率(JEtOH=32.55mA cm-2)和C2产物选择性(FEEtOH≈41.2%,FeC2H4≈39.6%)。Cu0-Cu+界面在多孔气凝胶上的密集分布和较高的比表面积对提高电催化CO2RR的性能起着至关重要的作用。在此基础上,探索了该材料在GDE流量池中应用的可能性,获得了较高的JEtOH(72.1 mA cm−2)。这种气凝胶电催化剂被认为是由CO2电合成乙醇的一种很有吸引力的商业模型。

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