Omvandling av koldioxid (CO2 ) från industriella punktkällor till kemikalier och bränslen som använder förnybar energi kan hjälpa till att tackla klimatkrisen. CO2 elektrolys är en lovande väg.
Tidigare studier utfördes i allmänhet med ren eller högkoncentrerad CO2 matar, medan CO2 koncentrationen i rökgas från förbränning av fossila bränslen var mycket låg, vanligtvis från 5 % till 15 %. Energi- och kapitalkostnaderna i samband med att fånga och rena CO2 från rökgaspunktkällor är mycket höga. Den direkta användningen av industriell rökgas som går förbi fångst- och reningsstegen för att producera ren CO2 flöden är fortfarande utmanande.
Nyligen har en forskargrupp ledd av Profs. Wang Guoxiong och Gao Dunfeng från Dalian Institute of Chemical Physics (DICP) vid den kinesiska vetenskapsakademin (CAS), i samarbete med Prof. An Qingda från Dalian Polytechnic University, har föreslagit en molekylär förbättringsstrategi för direkt elektrolys av utspädd CO 2 till CO. Denna studie publicerades i ACS Energy Letters .
För att hantera den ogynnsamma masstransporten, reaktionstermodynamiken och kinetiken för direkt elektrolys av utspädd CO2 , konstruerade forskarna reaktionsmikromiljö som omger katalytiskt aktiva platser genom att molekylärt modifiera CoPc-elektroder med en poly(4-vinylpyridin) (P4VP)-molekyl. Den bildade reaktionsmikromiljön integrerade effektivt fångst och omvandling av CO2 från utspädda matningsströmmar.
Med en hemmagjord elektrolysator för alkaliska membranelektroder (MEA) fick forskarna en anmärkningsvärd partiell strömtäthet för CO på 252 mA cm -2 med en CO Faradaic-effektivitet på 90 % under det utspädda fodret med en typisk CO2 koncentrationen (10 %) i rökgasen, som var 2,24 gånger högre än den för bar CoPc-elektrod.
Fysikalisk-kemiska och elektrokemiska strukturella karakteriseringsresultat indikerade att de rikliga pyridingrupperna i P4VP-modifieraren sekventiellt förbättrade den fysiska adsorptionen och kemiska aktiveringen av CO2 över Co-ställen för CoPc-katalysatorer, vilket resulterar i imponerande prestanda för direkt elektrolys av utspädd CO2 till CO.
Denna molekylära förbättringsstrategi, med ytterligare exakt kontroll av katalysatorstrukturer och reaktionsmikromiljöer, kommer att vara mycket lovande för direkt elektrolys av industriell rökgas och selektiv produktion av flerkolskemikalier såsom eten.
Mer information: Bingyu Chen et al, Molecular Enhancement of Direct Electrolysis of Dilute CO2 , ACS Energy Letters (2024). DOI:10.1021/acsenergylett.3c02812
Journalinformation: ACS Energy Letters
Tillhandahålls av Chinese Academy of Sciences
