Các nhà nghiên cứu đề xuất phương pháp mới để tăng cường chuyển đổi điện xúc tác của carbon dioxide
Sơ đồ các quy trình chế tạo chi tiết của Ag HF. Ảnh: Angewandte Chemie International Edition (2022). DOI: 10.1002 / anie.202210432
Một nhóm nghiên cứu do GS. Chen Wei và Wei Wei từ Viện Nghiên cứu Tiên tiến Thượng Hải (SARI) thuộc Học viện Khoa học Trung Quốc đã báo cáo một phương pháp mới cho phép điện phân CO2 hiệu quả thành CO nhờ sự hấp phụ ion clorua phối trí thấp trên điện cực sợi rỗng bạc.
Kết quả được công bố trên Angewandte Chemie International Edition.
Việc chuyển đổi điện hóa CO2 thành nhiên liệu dựa trên cacbon và nguyên liệu thô có giá trị bằng điện tái tạo là một chiến lược hấp dẫn để trung hòa cacbon. CO là thành phần chính của khí tổng hợp, một hỗn hợp CO và H2 có thể được chuyển đổi trực tiếp thành các hóa chất có giá trị gia tăng khác nhau thông qua các quy trình công nghiệp phát triển. Do đó, quá trình điện phân CO2 thành CO là một trong những con đường hứa hẹn nhất để thu được các sản phẩm có giá thành cạnh tranh.
Tuy nhiên, do độ hòa tan và hệ số khuếch tán của CO2 trong chất điện phân nước thấp, nên việc sở hữu mật độ dòng điện lớn, hiệu suất faradaic cao và độ ổn định tuyệt vời cho các ứng dụng thực tế của việc sử dụng CO2 vẫn còn là một thách thức.
Trong nghiên cứu này, trên cơ sở sự điện phân CO2 thành CO hiệu quả cao qua điện cực sợi rỗng bằng bạc, nhóm nghiên cứu đã đưa thêm các ion clorua vào dung dịch điện cực. Bằng cách hấp phụ cụ thể các ion clorua, cấu trúc điện tử của bề mặt điện cực được điều chỉnh về mặt chức năng để ức chế phản ứng phụ của quá trình tiến hóa hydro.
Sự hấp phụ ion clorua phối trí thấp trên điện cực sợi rỗng bạc làm giảm CO2 thành CO ở mật độ dòng cấp ampe (1 A · cm-2) ổn định (1 A · cm-2) và với hiệu suất faradaic CO cao (> 92%) .
Các thí nghiệm điện hóa đã chứng minh rằng Cl- nồng độ cao trong chất điện phân có thể bị phối trí thấp hấp phụ lên bề mặt của sợi rỗng bạc. Điều này không chỉ cản trở sự xuất hiện của phản ứng tiến hóa hydro mà còn tối ưu hóa động học của quá trình khử CO2 thành CO, dẫn đến hiệu suất eCO2RR tốt hơn, ngay cả ở mật độ dòng điện ở mức ampe.
Công việc này cung cấp một chiến lược mới để phát triển hơn nữa các hệ thống CO2 điện xúc tác với mật độ dòng điện cao, độ chọn lọc cao và tính ổn định cao trong việc sử dụng CO2 và ngành công nghiệp clor-kiềm.
