刘敏傅俊伟等人Angew:打破K+浓度极限完成Cu纳米针催化CO2复原组成多碳产品!
在酸性电解质中,电催化CO2复原反响(CO2RR)生成多碳产品(C2+)是应对当时气候和能源危机的最先进途径之一。但是,竞争性的析氢反响(HER)和对有价值的C2+产品的差挑选性是技能晋级的首要妨碍。阴极外表的高部分钾离子(K+)浓度能按捺质子分散,加快所需的碳-碳(C-C)耦合进程。但是,钾盐在本体溶液中的溶解度约束了反响位点可到达的最大K+浓度,然后约束了大多数电催化剂的酸性CO2RR功能。
关键1.有限元模仿(COMSOL)证明,高曲率Cu纳米针结构可诱导强的部分电场,促进了K+在催化剂外表的堆集。在3 M KCl电解质中,CuNNs外表的部分K+浓度可高达4.22 M,大大超过了KCl在本体电解质中的溶解极限(3.5 M)。
关键2.作者在聚四氟乙烯(PTFE)基底上多步法制备了具有铜导电层的CuNNs催化剂。 在活动池中测验CO 2 RR功能,挑选pH=1的3 M KCl溶液作为电解质。
关键3.富含K+的部分环境降低了C-C耦合的能垒。成果显现,在酸性电解质(pH=1)中,CuNNs催化剂在1400 mA cm-2下对C2+产品完成了90.69±2.15%的法拉第功率,超过了迄今为止报导的酸性CO2RR的功率。在7 sccm的CO2流速下,单程碳功率(SPCE)到达25.49±0.82%,超过了中性电解质中100%C2H4挑选性的最大理论值25%。
该工作为进步强酸性电解质中高电流密度下C2+的挑选性供给了一种新的战略。
图3.(a)离子色谱法(IC)测定电极外表吸附的K+浓度的示意图。(b)不同K+本体浓度下Cu膜、CuNPs和CuNNs上吸附的K+浓度的比较。(c-e)在不同施加电势和不同K+体积浓度下,CuNNs上取得的原位衰减全反射FTIR光谱:(c)1 M KCl、(d)2 M KCl和(e)3 M KCl (vs Ag/AgCl)。
图4.(a)CuNNs、(b)CuNPs和(c)Cu膜在不同电流密度下取得的CO2RR产品散布。(d)在具有不一样K+浓度的体电解质中,C2+在不同施加电压下的电流密度。(e)不同的CO2气体流速在800 mA cm-2下取得的CuNNs的C2+产品的FE和SPCE。(f)FEC2+、FEC1、FEH2、C2+的电流密度和本体pH与已报导的酸性CO2RR体系的比较。
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