Kemajuan Baru dalam Studi Efisien Elektrokatalitik Reduksi Karbon Dioksida
Baru-baru ini, Laboratorium Kunci Negara Katalisis Institut Fisika Kimia Dalian, Akademi Ilmu Pengetahuan China Bao Xinhe dan tim Wang Guoxiong membuat kemajuan baru dalam penelitian pengurangan karbon dioksida elektrokatalitik efisiensi tinggi.Hasil terkait telah dipublikasikan di Energy Environ.Sci.
Pengurangan elektrokatalitik karbon dioksida (CO2RR) secara bersamaan dapat mewujudkan konversi dan pemanfaatan karbon dioksida dan penyimpanan efisien listrik bersih terbarukan, yang kondusif untuk pembangunan jaringan daur ulang sumber daya karbon yang berkelanjutan. Dalam beberapa tahun terakhir, tim peneliti telah melakukan studi sistematis yang unik dan mendalam tentang reduksi elektrokatalitik CO2 dari perspektif katalisis, dan mencapai serangkaian hasil penelitian dalam katalis berbasis nano-Pd, antarmuka oksida logam, dll. , secara signifikan meningkatkan elektrokatalisis CO2. Selektivitas, aktivitas dan stabilitas reduksi (J. Am. Chem. Soc., Chem. Sci., J. Am. Chem. Soc., ACS Catal., Angew. Chem. Int. Ed.).
Komposit logam transisi-nitrogen-karbon merupakan bahan elektrokatalitik yang diharapkan dapat menggantikan logam mulia. Tim peneliti baru-baru ini berfokus pada persiapan terkontrol bahan tersebut dan sifat elektrokatalitiknya (Environ.Sci., Nano Energy, ACS Catal). .). Penelitian sebelumnya telah menunjukkan bahwa komposit logam-nitrogen-karbon transisi dapat mereduksi CO2 dengan reduksi elektrokatalitik untuk menghasilkan CO, tetapi dengan meningkatnya potensi berlebih, arus reaksi evolusi hidrogen kompetitif (HER) meningkat secara drastis, menghasilkan penurunan cepat dalam efisiensi CO Faraday. . Dapatkan kerapatan arus CO yang tinggi. Oleh karena itu, mencapai kepadatan arus CO2RR yang tinggi dan efisiensi Faradaic pada saat yang sama merupakan tantangan penting untuk komposit logam-nitrogen-karbon transisi.
Dalam studi ini, tim berhasil menyiapkan bahan karbon berpori berpori yang didoping Ni-N yang dimonodispersikan dengan mempirolis kerangka zeolit imidazol seng/nikel bimetalik zeolit imidazol (ZIF-8). Spesies Ni memuat hingga 5,44wt%. Pada katalis Ni-N ini, efisiensi CO Faradaic dipertahankan antara 92,0% dan 98,0% dalam rentang potensial yang luas dari -0,53V hingga -1,03V (vs. RHE). Densitas arus CO meningkat dengan adanya overpotential, di - 1,03 V (vs. RHE) mencapai 71,5±2,9 mA/cm 2 . Hasil karakterisasi dan percobaan perbandingan menunjukkan bahwa koordinasi tak jenuh Ni-N adalah situs aktif; perhitungan teori fungsi kepadatan lebih lanjut mengungkapkan bahwa CO2RR lebih mungkin daripada HER dalam posisi NiN2V2 (V singkatan dari kekosongan). Diperkirakan bahwa NiN2V2 mungkin merupakan bagian aktif dari CO2RR. . Karena itu,"papan jungkat-jungkit"batas efek selektivitas CO2RR dan laju reaksi pada komposit logam-nitrogen-karbon transisi.
Pekerjaan penelitian di atas telah didanai oleh National Natural Science Foundation of China, National Key R&D Programme, DMTO, dan proyek percontohan dari Chinese Academy of Sciences.