Nouveaux progrès dans l'étude de la réduction électrocatalytique efficace du dioxyde de carbone
Récemment, l'équipe de Bao Xinhe et Wang Guoxiong du Laboratoire national de catalyse de l'Institut de physique chimique de Dalian de l'Académie chinoise des sciences a réalisé de nouveaux progrès dans la recherche sur la réduction électrocatalytique à haute efficacité du dioxyde de carbone.Les résultats connexes ont été publiés sur Energy Environ.Sci.
La réduction électrocatalytique du dioxyde de carbone (CO2RR) peut réaliser simultanément la conversion et l'utilisation du dioxyde de carbone et le stockage efficace d'électricité propre et renouvelable, ce qui est propice à la construction d'un réseau durable de recyclage des ressources en carbone. Ces dernières années, l'équipe de recherche a mené une étude systématique unique et approfondie de la réduction électrocatalytique du CO2 du point de vue de la catalyse, et a obtenu une série de résultats de recherche sur les catalyseurs à base de nano-Pd, les interfaces métal-oxyde, etc., améliorant considérablement l'électrocatalyse du CO2. La sélectivité, l'activité et la stabilité de la réduction (J. Am. Chem. Soc., Chem. Sci., J. Am. Chem. Soc., ACS Catal., Angew. Chem. Int. Ed.).
Les composites métal de transition-azote-carbone sont un matériau électrocatalytique qui devrait remplacer les métaux nobles. L'équipe de recherche s'est récemment concentrée sur la préparation contrôlée de tels matériaux et leurs propriétés électrocatalytiques (Energy Environ.Sci., Nano Energy, ACS Catal). .). Des études antérieures ont montré que les composites métal de transition-azote-carbone peuvent réduire le CO2 par réduction électrocatalytique pour produire du CO, mais à mesure que la surtension augmente, le courant de réaction compétitive d'évolution de l'hydrogène (HER) augmente considérablement, ce qui entraîne une baisse rapide de l'efficacité Faraday du CO. Obtenir une densité de courant CO élevée. Par conséquent, atteindre simultanément une densité de courant CO2RR élevée et une efficacité faradique est un défi important pour les composites métal de transition-azote-carbone.
Français Dans cette étude, l'équipe a réussi à préparer un matériau poreux en carbone dopé Ni-N qui est monodispersé par pyrolyse d'un squelette de zéolite imidazole bimétallique zinc/nickel (ZIF-8). Charge d'espèces Ni jusqu'à 5,44 % en poids. Sur ce catalyseur Ni-N, l'efficacité faradique du CO a été maintenue entre 92,0 % et 98,0 % dans la large plage de potentiel de -0,53 V à -1,03 V (par rapport à RHE). La densité de courant du CO a augmenté avec la surtension, à - 1,03 V (par rapport à RHE) elle a atteint 71,5 ± 2,9 mA/cm 2 . Les résultats de caractérisation et les expériences comparatives montrent que le Ni-N insaturé de coordination est le site actif ; les calculs de la théorie fonctionnelle de la densité révèlent en outre que CO2RR est plus probable que HER dans la position NiN2V2 (V signifie vacance). On suppose que NiN2V2 pourrait être la partie active de CO2RR. . Par conséquent, la coordination à forte charge des sites actifs Ni-N insaturés permet d'obtenir simultanément une densité de courant élevée et une efficacité faradique du CO2RR, brisant ainsi la limite d'effet "seesawboard" de la sélectivité du CO2RR et de la vitesse de réaction sur les composites métal de transition-azote-carbone.
Les travaux de recherche ci-dessus ont été financés par la Fondation nationale des sciences naturelles de Chine, le Programme national de recherche et développement clé, le DMTO et les projets pilotes de l'Académie chinoise des sciences.