Een onderzoeksteam heeft nieuwe inzichten voorgesteld over het vergiftigende effect van koolstofafzetting tijdens de kooldioxidereductiereactie (CO₂ RR) op de actieve plaatsen van de Cu-elektrode. Het onderzoek is gepubliceerd in Precision Chemistry .

Op koper (Cu) gebaseerde katalysatoren dienen als de meest efficiënte elektrochemische katalysatoren voor CO₂ RR. Hun stabiliteit op lange termijn bij hoge stroomdichtheden is echter onbevredigend. De redenen voor de deactivering van Cu-katalysatoren zijn complex. Het wordt algemeen waargenomen dat koolstofafzetting kan leiden tot ernstige deactivering van de katalysator. Terwijl er weinig rapporten zijn over elektrochemische koolstofafzetting op het gebied van CO₂ RR, dat de verbetering van Cu-gebaseerde katalysatoren belemmert.

Op basis hiervan gebruikten de onderzoekers in-situ spectroscopietechnieken en sporenanalysetechnieken om te bevestigen dat de productie en bedekking van koolstofafzetting op polykristallijne Cu-folie tijdens CO₂ RR zijn de directe oorzaken van de deactivering van de katalysator, waardoor de inherente correlatie tussen koolstofafzetting en toegepast potentieel wordt verduidelijkt.

Elektrochemische koolstofafzetting bestaat in een dunne filmachtige vorm die het oppervlak van katalysatordeeltjes bedekt, met een structuur en samenstelling die vergelijkbaar is met die van amorfe koolstof. Dit type koolstof had een slechte geleidbaarheid en een slecht massaoverdrachtsvermogen, waardoor de overdracht van reactiegassen en tussenproducten tijdens CO₂ werd belemmerd. R.

Op basis van een reeks gecontroleerde experimentele resultaten hebben onderzoekers het mechanisme achter de vorming van koolstofafzetting opgehelderd:tijdens CO₂ RR, het belangrijkste tussenproduct *CO, combineert met protonen om *COH-tussenproducten te vormen die zich verder combineren met protonen en vervolgens dehydrateren om geadsorbeerd *C te vormen. Geadsorbeerd *C, als algemeen tussenproduct, kan ofwel doorgaan met *CH door hydrogenering om CH₄ te genereren of direct desorberen om de afgezette koolstof te vormen.

Het onderzoeksteam werd geleid door professor Gao Minrui van het Hefei National Laboratory for Physical Sciences op microschaal aan de University of Science and Technology of China (USTC).

Meer informatie: Jing-Wen DuanMu et al, Onderzoek en beperking van koolstofafzetting op koperkatalysatoren tijdens elektrochemische CO2-reductie, Precisiechemie (2024). DOI:10.1021/prechem.4c00002

Aangeboden door de Universiteit voor Wetenschap en Technologie van China