通讯单位：中国科学院化学研究所
将二氧化碳电还原(CO2RR)成有价值的燃料和原料为利用CO2提供了一条有前途的途径。然而，由于生产效率低，其商业化受到极大限制。
基于此，中国科学院化学研究所韩布兴院士团队 告了一种策略，通过使用多孔有机笼(POCs)作为添加剂，改善CO2向催化剂表面的扩散，以提高CO2电化学还原的生产效率。
图1. (A)流动电解池示意图。阴离子交换膜(AEM)促进OH-从阴极向阳极传输。GDL气体扩散层。(B)普通气体扩散电极(GDE)的三相界面。(C) CO2在有CC3的GDE中的扩散。
相关研究工作以“Boosting the Productivity of Electrochemical CO2 Reduction to Multi-Carbon Products by Enhancing CO2 Diffusion through Porous Organic Cage”为题发表在国际著名期刊Angewandte Chemie International Edition上。
图2. (A) CC3的结构示意图及晶体结构中的笼填料。为了清楚起见，省略了氢原子。碳原子和氮原子分别呈灰色和蓝色。(B) CC3、CuO-nr和CuO-nr/CC3的XRD。(C) GDE的能量色散x射线能谱(EDS)图。(D) CuO-nr/CC3 GDE的SEM剖面图。(E) CuO-nr/CC3催化剂层局部放大图，黑色圆点区域为CuO-nr，红色圆点区域为CC3，插图(E)为红色圆点区域局部放大图，比例尺：200 nm。(F) CO2RR过程中不同势下Cu-nr/CC3在Cu k-edge XANES光谱。(G) CO2RR过程中，Cu-nr/CC3在不同电位下对应的傅里叶变换FT(k3w(k))。
要点2.将纳米催化剂与CC3混合，修饰气体扩散电极(GDE)作为催化剂。结果表明，在不同的纳米催化剂中，加入CC3可以显著提高生产效率。
要点3.当Cu纳米棒(nr)/CC3掺杂时，C2+产物的法拉第效率(FE)可达76.1%，电流密度为1.7 A cm-2。远高于使用Cu-nr。研究表明，CC3的疏水孔隙可以吸收和积累大量的CO2进行反应，CO2在CC3中的扩散比在液体电解质中更容易。因此，在CC3存在的情况下，更多的CO2分子与纳米催化剂接触，促进CO2的还原，抑制H2的生成。
本工作为CO2RR高效催化剂层的设计和构建开辟了一条新途径。
图3. (A) CO2RR过程中不同电位下Cu-nr/CC3和Cu-nr的电流密度。(B)在Cu-nr/CC3和Cu-nr上C2+产物在不同电势下的FE；在-0.9 V vs RHE电位下，C2+醇(乙醇和正丙醇)和乙烯在不同催化剂上的FE。圆圈表示醇与烯烃对应的FE比值。(D)不同电位下H2在Cu-nr/CC3和Cu-nr上的FE。(E，F，G)不同催化剂中乙醇、正丙醇和乙烯的偏电流密度与过电位的关系图。
图4. (a)CC1、CC2结构示意图。为了清楚起见，省略了氢原子。碳原子和氮原子分别呈灰色和蓝色。(B)在CO2RR过程中，不同电位下Cu-nr/CC1、Cu-nr/CC2和Cu-nr/CC3的电流密度。(C) CC1、CC2、CC3对CO2的吸附。(D) 298K时CC1、CC2和CC3中CO2的MSD。
图5. (A)不同电位下Ag-np-c/CC3和Ag-np-c的电流密度。(B) Ag-np-c/CC3和Ag-np-c上CO在不同势下的FE。(C)不同电位下Bi2O3-ns-c/CC3和Bi2O3-ns-c的电流密度。(D)不同电位下HCOO-在Bi2O3-ns-c/CC3和Bi2O3-ns-c上的FE。
链接：
或加入QQ交流群：
声明：本站部分 章内容系出于传递信息之目的源自于第三方 站转载，行业企业、终端用户投稿。若对稿件内容有任何疑问或质疑，请立即与本 站联系，本 站将迅速给予回应并第一时间做出处理（联系邮箱：jinwei@zod.com.cn）。