ความก้าวหน้าใหม่ในการศึกษาการลดคาร์บอนไดออกไซด์ด้วยไฟฟ้าเร่งปฏิกิริยาอย่างมีประสิทธิภาพ

เมื่อเร็วๆ นี้ ห้องปฏิบัติการหลักของรัฐสำหรับการเร่งปฏิกิริยาของสถาบันฟิสิกส์เคมีต้าเหลียน สถาบันวิทยาศาสตร์จีน ทีม เป่า ซินเหอ และ หวัง กัวซ่ง ได้ประสบความก้าวหน้าใหม่ในการวิจัยการลดคาร์บอนไดออกไซด์ด้วยการเร่งปฏิกิริยาไฟฟ้าที่มีประสิทธิภาพสูงผลลัพธ์ที่เกี่ยวข้องได้รับการตีพิมพ์บน พลังงาน สิ่งแวดล้อม.วิทยาศาสตร์

การลดคาร์บอนไดออกไซด์ด้วยไฟฟ้าเร่งปฏิกิริยา (CO2RR) สามารถทำให้การแปลงและการใช้คาร์บอนไดออกไซด์และการกักเก็บพลังงานสะอาดหมุนเวียนได้อย่างมีประสิทธิภาพ ซึ่งเอื้อต่อการสร้างเครือข่ายการรีไซเคิลทรัพยากรคาร์บอนที่ยั่งยืน ในช่วงไม่กี่ปีที่ผ่านมา ทีมวิจัยได้ดำเนินการศึกษาเชิงลึกและเป็นระบบเกี่ยวกับการลดคาร์บอนไดออกไซด์ด้วยไฟฟ้าเร่งปฏิกิริยาจากมุมมองของตัวเร่งปฏิกิริยา และได้ผลลัพธ์การวิจัยชุดหนึ่งเกี่ยวกับตัวเร่งปฏิกิริยาที่ใช้ พีดี นาโน อินเทอร์เฟซโลหะออกไซด์ ฯลฯ ซึ่งช่วยปรับปรุงการเร่งปฏิกิริยาด้วยไฟฟ้าของ คาร์บอนไดออกไซด์ ได้อย่างมีนัยสำคัญ การคัดเลือก กิจกรรม และความเสถียรของการลด (J. เช้า. เคมี. โซซี., เคมี. วิทยาศาสตร์., J. เช้า. เคมี. โซซี., เอซีเอส คาตัล., แองเจว. เคมี. อินท์. เอ็ด.)

คอมโพสิตโลหะทรานซิชัน-ไนโตรเจน-คาร์บอนเป็นวัสดุเร่งปฏิกิริยาไฟฟ้าที่คาดว่าจะเข้ามาแทนที่โลหะมีค่า ทีมวิจัยได้มุ่งเน้นไปที่การเตรียมวัสดุดังกล่าวอย่างมีการควบคุมและคุณสมบัติเร่งปฏิกิริยาไฟฟ้า (พลังงาน สิ่งแวดล้อม.วิทยาศาสตร์., นาโน พลังงาน, เอซีเอส คาตัล) .) การศึกษาครั้งก่อนแสดงให้เห็นว่าคอมโพสิตโลหะทรานซิชัน-ไนโตรเจน-คาร์บอนสามารถลด คาร์บอนไดออกไซด์ ได้โดยการลดด้วยไฟฟ้าเพื่อผลิต ซีโอ แต่เมื่อศักย์ไฟฟ้าสูงเพิ่มขึ้น กระแสปฏิกิริยาวิวัฒนาการไฮโดรเจนแบบแข่งขัน (ของเธอ) จะเพิ่มขึ้นอย่างมาก ส่งผลให้ประสิทธิภาพฟาราเดย์ของ ซีโอ ลดลงอย่างรวดเร็ว รับความหนาแน่นของกระแส CO2RR สูง ดังนั้น การบรรลุความหนาแน่นของกระแส CO2RR สูงและประสิทธิภาพฟาราเดย์ในเวลาเดียวกันจึงเป็นความท้าทายที่สำคัญสำหรับคอมโพสิตโลหะทรานซิชัน-ไนโตรเจน-คาร์บอน

ในการศึกษาครั้งนี้ ทีมงานประสบความสำเร็จในการเตรียมวัสดุคาร์บอนพรุนที่มีรูพรุนที่เติม นิ-N ที่มีรูพรุนซึ่งกระจายแบบโมโนดิสเพอร์โดยการไพโรไลซิสโครงเหล็กไบเมทัลลิกของซีโอไลต์อิมิดาโซลของสังกะสี/นิกเกิล (ซิฟ-8) ชนิด นิ บรรจุได้ถึง 5.44% โดยน้ำหนัก ในตัวเร่งปฏิกิริยา นิ-N นี้ ประสิทธิภาพฟาราเดย์ของ ซีโอ ได้รับการรักษาไว้ระหว่าง 92.0% และ 98.0% ในช่วงศักย์กว้างตั้งแต่ -0.53V ถึง -1.03V (เทียบกับ อาร์เอชอี) ความหนาแน่นของกระแส ซีโอ เพิ่มขึ้นเมื่อมีศักย์เกิน ใน -1.03V (เทียบกับ อาร์เอชอี) ถึง 71.5±2.9 แม่/ซม2 ผลการกำหนดลักษณะและการทดลองเปรียบเทียบแสดงให้เห็นว่า นิ-N ที่ไม่อิ่มตัวเชิงประสานกันเป็นตำแหน่งที่ใช้งาน การคำนวณทฤษฎีฟังก์ชันความหนาแน่นเผยให้เห็นเพิ่มเติมว่า CO2RR มีโอกาสเกิดขึ้นมากกว่า ของเธอ ในตำแหน่ง NiN2V2 (V ย่อมาจากตำแหน่งว่าง) มีการคาดเดาว่า NiN2V2 อาจเป็นบิตที่แอ็กทีฟของ CO2RR ดังนั้น การประสานงานที่มีโหลดสูงของไซต์แอ็กทีฟ นิ-N ที่ไม่อิ่มตัวจึงทำให้เกิดความหนาแน่นของกระแสไฟฟ้าสูงและประสิทธิภาพฟาราเดย์ของ CO2RR พร้อมกัน โดยทำลายขีดจำกัดเอฟเฟกต์ กระดาน ... ของการเลือก CO2RR และอัตราการเกิดปฏิกิริยาบนคอมโพสิตโลหะทรานซิชัน-ไนโตรเจน-คาร์บอน

งานวิจัยข้างต้นได้รับทุนจากมูลนิธิวิทยาศาสตร์ธรรมชาติแห่งชาติจีน โครงการวิจัยและพัฒนาที่สำคัญแห่งชาติ ดีเอ็มทีโอ และโครงการนำร่องของสถาบันวิทยาศาสตร์แห่งชาติจีน