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二氧化碳电催化制备乙烯(碳纳米纤维催化剂用于将二氧化碳级联电解还原为乙烯)

时间:2023-08-09 作者: 小编 阅读量: 2 栏目名: 高考资讯

不同于将金属附着在载体上制成的常规多相催化剂,研究者制备了一种自形成的串联催化剂,该催化剂可用于将CO2级联电解还原为C2H4。与Cu原子相邻的掺杂氮原子通过增加Cu表面的CO*量来触发反应,从而降低用于C2H4生产的CO二聚反应所需的能量。DFT计算表明,降低的过电势源自降低的CO二聚能垒,这是由于N掺杂触发了Cu颗粒周围的CO生成。

J. Mater. Chem. A:铜嵌入氮掺杂碳纳米纤维催化剂的热力学驱动自形成,用于将二氧化碳级联电解还原为乙烯

DOI: 10.1039/D0TA03322G 用于CO2电解还原的电催化剂不仅需要高性能的活性材料来控制串联反应,还需要导电且耐用的载体,以确保在苛刻的操作条件下的长期稳定性。不同于将金属附着在载体上制成的常规多相催化剂,研究者制备了一种自形成的串联催化剂,该催化剂可用于将CO2级联电解还原为C2H4。使用氧分压控制煅烧法,将电纺醋酸铜/聚丙烯腈纳米纤维成功转变为由N掺杂和金属Cu颗粒组成的多孔碳纳米纤维。与Cu原子相邻的掺杂氮原子通过增加Cu表面的CO*量来触发反应,从而降低用于C2H4生产的CO二聚反应所需的能量。相对于RHE,铜包埋的氮掺杂碳纳米纤维在电位为-0.57 V的条件下,具有62%的C2H4法拉第效率、600 mA/cm2的高电流密度和出色的长期稳定性。DFT计算表明,降低的过电势源自降低的CO二聚能垒,这是由于N掺杂触发了Cu颗粒周围的CO生成。

图1.(a)Cu/N-CNF的示意图,(b)热力学设计煅烧的Ellingham图,(c)煅烧过程中Cu颗粒/富N碳的形成。

图2.(a)Cu30/N-CNF、(b)Cu50/N-CNF和(c)Cu50/CNF的SEM图像(每个插图;TEM图像)。(d)Barrett-Joyner-Halenda(BJH)图,(e)每种元素的重量浓度,以及(f)Cu30/N-CNF、Cu50/N-CNF和Cu50/CNF催化剂中每种N掺杂的原子含量。

图3.电催化CO2还原性能。(a)电流密度和(b)ECSA归一化电流密度与施加电势的关系,(c)Cu30/N-CNF、Cu50/N-CNF和Cu50/CNF催化剂产物的法拉第效率与电流密度的关系。(d)CO和(e)C2H4的法拉第效率与施加电势的关系。

图4.在铜表面每单位晶胞为(a)4 CO*和(b)9 CO*的情况下,通过DFT计算了在CO2二聚反应过程中初始、过渡和最终状态的吉布斯自由能。

图5.性能比较和稳定性测量。(a)C2H4的选择性(虚线:功率转换效率),(b)C2H4局部电流密度与施加电势之间的关系,以及(c)在电流密度为200 mA/cm2(5 M KOH)的恒电流实验期间C2H4的法拉第效率。

文章链接: http://www.espun.cn/News/Detail/43437

来源: 易丝帮

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