文章题目:Molecular Catalyst with Near 100% Selectivity for CO2 Reduction in Acidic Electrolytes(分子催化剂实现近100%选择性的酸性CO2电还原)
第一作者:江占
通讯作者:梁永晔
通讯单位:南方科技大学
论文DOI:10.1002/aenm.202203603
关联仪器:GC9790Plus
发表期刊:Advanced Energy Materials(SCI I区 IF 29.698)
原文链接:https://onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1002/aenm.202203603
研究背景
酸性介质中的电催化二氧化碳还原反应(CO2RR)通过防止碳酸盐/碳酸氢盐的形成,有助于CO2的有效利用。然而,酸性介质对析氢反应(HER)更有利,导致高选择的CO2RR面临巨大挑战。
文章亮点
β-四甲氧基取代镍酞菁(NiPc-OMe)单分子分散在碳纳米管上的电催化剂(NiPc-OMe MDE)可以在酸性介质(pH 2至0.47)中高选择性地催化CO2RR,在宽电流密度范围内(50~400 mA cm-2)CO法拉第效率都能保持>98%。
关联仪器
内容概述
NiPc-OMe MDE在酸性下的CO2RR性能
通过将β-四甲氧基取代的镍酞菁(NiPc-OMe)分子锚定在碳纳米管(CNTs)上形成的分子分散电催化剂(MDE)在pH 2电解液中在20至400mA cm-2的宽电流密度范围内表现出FE(CO) >99%的优异选择性。
强酸电解液中的性能
即使在强酸性介质(pH ≤ 1)中,NiPc-OMe MDE仍能保持高选择性,在高电流密度下稳定工作。
钾离子的影响
电解液中的钾离子可以通过抑制H+的传输,从而在动力学方面抑制酸性下的析氢副反应,是实现酸性电催化CO2RR的关键。
催化位点的影响
催化活性位点的析氢反应与CO2RR的能垒差也是酸性高选择性CO2RR的关键:NiPc-OMe的能垒差显著高于CoPc-OMe,所以酸性下CO2RR选择性大幅优于CoPc-OMe。
与单原子催化剂对比
Ni单原子电催化剂在低电流密度时也可以高选择性的CO2,但是在获得大电流密度所需更负的电位时,其析氢明显。这说明NiPc-OMe MDE在大电流下的CO选择性也得益于其副反应位点少的特点。
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