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?新加坡國立/天大/川大Nat. Commun.: 構(gòu)建中繼Cu-Ag共催化體系,高效電催化CO轉(zhuǎn)化

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將CO2/CO(CO(2)-EC)在環(huán)境條件下電轉(zhuǎn)化為高附加值含氧化合物,為將“廢物”轉(zhuǎn)化為“寶藏”提供了一個有前途的解決方案。其中,Cu催化劑可以通過CO-EC將CO轉(zhuǎn)化為多碳化合物。在環(huán)境條件下,提高CO-氧化合物電化學(xué)途徑的選擇性越來越受到人們的關(guān)注。根據(jù)最新的文獻報道,通過對Cu催化劑進行修飾改性,CO-EC的選擇性高達80%。然而,當施加的電流密度超過400 mA cm-2時,由于競爭性HER和乙烯的優(yōu)選生產(chǎn),目標產(chǎn)物的選擇性降低到50%以下。因此,為了獲得高的法拉第效率,尤其是在安培級電解條件下,在CO的選擇性加氫過程中平衡HER的動力學(xué)非常關(guān)鍵。
?新加坡國立/天大/川大Nat. Commun.: 構(gòu)建中繼Cu-Ag共催化體系,高效電催化CO轉(zhuǎn)化
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近日,新加坡國立大學(xué)羅健平(LOH Kian Ping)天津大學(xué)張兵四川大學(xué)李紅嬌等利用Ag在液相中對CO的強吸附作用,設(shè)計并構(gòu)建了具有豐富Ag中心和Ag-Cu界面的Cu-Ag雙金屬催化劑。
基于一系列表征結(jié)果,研究人員提出了Cu-Ag催化劑的反應(yīng)機理:在CO-EC過程中,Ag有效地捕獲CO并將其轉(zhuǎn)化為含氧化合物COH*前體。隨著反應(yīng)的進行,COH*從Ag轉(zhuǎn)移到Cu,并且COH*與Cu上產(chǎn)生的*CHx偶聯(lián),這不僅增強了含氧化合物的產(chǎn)生,而且阻斷了HER的活性位點;同時,COH*中間體在Cu上的富集和HER的抑制有助于減少乙烯生成。最后,當Ag上COH*的生成速率與Cu上COH*的消耗速率相匹配時,氧化物的生成速率最大。
?新加坡國立/天大/川大Nat. Commun.: 構(gòu)建中繼Cu-Ag共催化體系,高效電催化CO轉(zhuǎn)化
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當在1.0 A cm-2的高電流密度下測試最佳Cu/30Ag的性能時,由于傳質(zhì)限制,氧化物法拉第效率(FE)迅速下降到36%;通過提高陰極電解質(zhì)速率以增強傳質(zhì),F(xiàn)E可以進一步提高到61%,(相當于610 mA cm-2的部分電流密度)。以乙酸和乙醇為主要產(chǎn)物,在1.2 A cm-2的電流密度下得到88%的FEC2+
此外,當使用膜電極組件時,Cu/30Ag催化劑在500mA cm-2電流密度下連續(xù)運行28小時而沒有表現(xiàn)出明顯的活性下降。綜上,該項工作闡明了復(fù)合材料中Ag中心對于CO高效捕獲和中間產(chǎn)生的必要性,以及Cu和Ag之間的界面對于串聯(lián)反應(yīng)中間體轉(zhuǎn)移的重要性。此外,還揭示了高效串聯(lián)反應(yīng)復(fù)合材料中產(chǎn)氧選擇性與最佳Cu/Ag比存在的關(guān)系。
High yield electrosynthesis of oxygenates from CO using a relay Cu-Ag co-catalyst system. Nature Communications, 2024. DOI: 10.1038/s41467-024-48083-w

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