Naarmate de industrie zich in de afgelopen eeuw heeft ontwikkeld, heeft een overmatige uitstoot van kooldioxide geleid tot klimaatproblemen en broeikaseffecten. Wetenschappers werken voortdurend aan oplossingen voor de problemen van broeikasgassen, die het aardoppervlak en de lagere delen van de atmosfeer opwarmen. Kooldioxide is de meest voorkomende van de broeikasgassen.

Kooldioxide kan elektrochemisch worden gereduceerd tot waardevolle chemicaliën met behulp van wind of zonlicht afgeleide elektrische energieën. Deze elektroreductie van koolstofdioxide biedt wetenschappers een veelbelovende strategie voor het beheer van de koolstofbalans op wereldschaal. Elektrochemische reductie van kooldioxide biedt het toekomstige potentieel voor het omzetten van kooldioxide in bruikbare, milieuvriendelijkere chemicaliën, zoals koolmonoxide, methaan of ethanol. Om koolstofdioxide-elektroreductie te bereiken, hebben wetenschappers efficiënte elektrokatalysatoren nodig. Elektrokatalysatoren zijn de katalysatoren die worden gebruikt bij elektrochemische reacties. Ze kunnen de snelheid van de reactie die optreedt verhogen. Een onderzoeksteam van de Nanjing University heeft katalysatoren geconstrueerd met behulp van een fluordopingmethode die hun prestaties verbetert.

Het onderzoeksteam rapporteerde hun bevindingen in Nano Research .

Wetenschappers weten dat goedkope metaal-stikstof-koolstof single-site katalysatoren goed werken voor de elektroreductie van kooldioxide tot koolmonoxide. Hiervan bezitten de met nikkel-stikstof gedoteerde koolstof single-site katalysatoren het hoge faraday-rendement van koolmonoxide en een grote partiële stroom. De faraday-efficiëntie beschrijft hoe efficiënt lading wordt overgedragen in een elektrochemische reactie.

Het onderzoeksteam heeft de faraday-efficiëntie en grote deelstroom van met nikkel-stikstof gedoteerde koolstof-single-site-katalysatoren al verhoogd door ze te doteren. In vergelijking met de met nikkel-stikstof gedoteerde koolstof single-site katalysatoren, hebben ijzer-stikstof-koolstof single-site katalysatoren lagere overpotentiaal voor de elektroreductie van kooldioxide. Overpotentiaal beschrijft de spanningsefficiëntie van een cel. In eerder onderzoek is gebruik gemaakt van fijne-structuurspectroscopie met röntgenabsorptie om te verifiëren dat de actieve plaatsen van de ijzer-stikstof-koolstof single-site katalysatoren Fe ³⁺ zijn. plaatsen. Deze Fe ³⁺ plaatsen zorgen ervoor dat de katalysator effectiever is bij de adsorptie van kooldioxide en de desorptie van koolmonoxide.

Het team bouwde een met fluor gedoteerde ijzer-stikstof-koolstof single-site katalysator die meer Fe ³⁺ bevat. sites, zoals ze hadden verwacht. De met fluor gedoteerde ijzer-stikstof-koolstof single-site katalysator die ze bouwden, behield het voordeel van een laag overpotentiaal. Het bevorderde ook de koolmonoxide-faradaïsche efficiëntie van een vulkaanachtige hoge waarde naar een hoge plateauwaarde. "De resultaten wijzen op de superieure stabiliteit van met fluor gedoteerde ijzer-stikstof-koolstof tot ijzer-stikstof-koolstof vanwege de fluor-doping," zei Lijun Yang, een universitair hoofddocent van de School of Chemistry and Chemical Engineering, Nanjing University.

Het onderzoeksteam concludeert dat de elektronenzuigende fluordoping ervoor zorgt dat de ijzer-stikstof-koolstof single-site katalysator het voordeel van een lage overpotentiaal behoudt, met een veel verhoogde koolmonoxide-faradaïsche efficiëntie en gedeeltelijke stroomdichtheid vanwege de gestabiliseerde Fe ³⁺ sites.

Het team synthetiseerde de ijzer-stikstof-koolstof met behulp van een warmtemethode die adsorptiepyrolyse wordt genoemd. Ze voerden de koolstofdioxide-elektroreductie-experimenten uit in een H-type cel en een gasdiffusie-elektrodecel. Ze gebruikten theoretische berekeningen om de verbeteringen die zijn opgetreden met de fluordoping beter te begrijpen.

"Elektrochemische tests tonen de verrijkte defecten aan door fluordoping kinetisch het elektroactieve oppervlak te vergroten en de ladingsoverdracht te verbeteren", zei Yang. Vooruitkijkend naar verder onderzoek, bieden de bevindingen van het onderzoeksteam hen een eenvoudige en controleerbare strategie om de prestaties van de elektroreductie van kooldioxide tot koolmonoxide van ijzer-stikstof-koolstofkatalysatoren te verbeteren door de Fe ³⁺ te stabiliseren. plaatsen. + Verder verkennen

Tandemkatalysator om de elektroreductie van kooldioxide tot methaan te verbeteren