在铋基催化剂上电还原二氧化碳生成甲酸盐是一种很有前途的二氧化碳循环利用和可持续燃料生产的途径。气体扩散电极(gas-diffusion-electrode, GDE)流动池的使用通常提高了CO2的电解速率,但GDE中的局部反应环境及其对电解的影响仍有待了解。
有鉴于此,中佛罗里达大学Xiaofeng Feng和济南大学胡勋教授等人,通过在催化剂层中添加疏水性聚四氟乙烯(PTFE)纳米颗粒来调节GDE中Bi基催化剂的微环境,可以大大增强CO2的电解能力。
本文要点
1)在GDE中调整Bi基催化剂的微环境可以大大提高其CO2电解成甲酸酯的性能。制备了二维羟基硝酸氧铋(BiOON)催化剂,并将其与炭黑和疏水性聚四氟乙烯(PTFE)纳米颗粒混合,以调节催化剂层中的局部疏水性。在电极中添加PTFE可以实现高速率的CO2电解。
2)通过水热法以十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)为表面活性剂合成BiOON催化剂。所制备的BiOON催化剂表现出薄片形态。当与炭黑混合并沉积在AvCarb GDS2230基底上时,该催化剂表现出花状形态。BiOON催化剂在电解过程中主要还原为金属Bi。
3)结果表明,适度的疏水性可以在催化剂层内部建立微环境,使气态CO2和液体电解质之间达到平衡,从而减小扩散层的厚度,从而加速CO2的质量传递,并在固液附近形成高活性的solid-liquid-gas–gas反应区。
参考文献:
Zhuo Xing et al. Tuning the Microenvironment in Gas-Diffusion Electrodes Enables High-Rate CO2 Electrolysis to Formate. ACS Energy Lett., 2021.
DOI: 10.1021/acsenergylett.1c00612
https://doi.org/10.1021/acsenergylett.1c00612