Forskere bruger fluor-dopingmetode til at konstruere katalysatorer med forbedret ydeevne

Efterhånden som industrien har udviklet sig gennem det sidste århundrede, havde overskydende kuldioxidudledning ført til klimaproblemer og drivhuseffekter. Forskere arbejder konstant på løsninger på problemerne med drivhusgasser, som opvarmer jordens overflade og de nedre dele af atmosfæren. Kuldioxid er den mest udbredte af drivhusgasserne.

Kuldioxid kan elektrokemisk reduceres til værdifulde kemikalier ved hjælp af vind- eller sollys-afledte elektriske energier. Denne kuldioxid-elektroreduktion præsenterer forskerne for en lovende strategi til styring af kulstofbalancen på globalt plan. Elektrokemisk reduktion af kuldioxid giver det fremtidige potentiale for at omdanne kuldioxiden til nyttige, mere miljøvenlige kemikalier, såsom kulilte, metan eller ethanol. For at opnå elektroreduktion af kuldioxid har forskerne brug for effektive elektrokatalysatorer. Elektrokatalysatorer er de katalysatorer, der bruges i elektrokemiske reaktioner. De kan øge hastigheden af ​​den reaktion, der opstår. Et forskerhold fra Nanjing University har konstrueret katalysatorer ved hjælp af en fluor-dopingmetode, der forbedrer deres ydeevne.

Forskerholdet rapporterede deres resultater i Nano Research .

Forskere ved, at billige metal-nitrogen-carbon single-site katalysatorer fungerer godt til kuldioxid elektroreduktion til kulilte. Blandt disse har de nikkel-nitrogen-doterede carbon single-site katalysatorer den høje faradaiske effektivitet af carbonmonoxid og stor delstrøm. Den faradaiske effektivitet beskriver, hvor effektivt ladning overføres i en elektrokemisk reaktion.

Forskerholdet har allerede øget den faradaiske effektivitet og den store delstrøm af nikkel-nitrogen-doterede kulstof-single-site katalysatorer ved at dope dem. Sammenlignet med de nikkel-nitrogen-doterede carbon single-site katalysatorer har jern-nitrogen-carbon single-site katalysatorer lavere overpotentialer for carbondioxid elektroreduktion. Overpotentiale beskriver en celles spændingseffektivitet. Tidligere forskning har brugt røntgenabsorptions-finstrukturspektroskopi til at verificere, at de aktive steder af jern-nitrogen-carbon single-site katalysatorer er Fe ³⁺ websteder. Disse Fe ³⁺ steder gør det muligt for katalysatoren at være mere effektiv i carbondioxidadsorption og carbonmonoxiddesorption.

Holdet konstruerede en fluor-doteret jern-nitrogen-carbon single-site katalysator, som besidder mere Fe ³⁺ websteder, som de forventede. Den fluor-doterede jern-nitrogen-carbon single-site katalysator, de konstruerede, bibeholdt fordelen ved lavt overpotentiale. Det fremmede også kuliltefardaiske effektivitet fra en vulkanlignende høj værdi til en høj plateauværdi. "Resultaterne indikerer den overlegne stabilitet af fluor-doteret jern-nitrogen-carbon til jern-nitrogen-carbon på grund af fluor-doping," sagde Lijun Yang, en lektor fra School of Chemistry and Chemical Engineering, Nanjing University.

Forskerholdet konkluderer, at den elektron-tiltrækkende fluor-doping gør det muligt for jern-nitrogen-carbon single-site katalysatoren at opretholde fordelen ved lavt overpotentiale med en meget øget kulilte faradaisk effektivitet og delvis strømtæthed på grund af den stabiliserede Fe ³⁺ websteder.

Holdet syntetiserede jern-nitrogen-carbon ved hjælp af en varmemetode kaldet adsorptionspyrolyse. De udførte kuldioxidelektroreduktionseksperimenterne i en H-type celle og en gasdiffusionselektrodecelle. De brugte teoretiske beregninger til yderligere at forstå de forbedringer, der skete med fluordopingen.

"Elektrokemiske tests viser, at de berigede defekter ved fluor-doping kinetisk øger det elektroaktive overfladeareal og forbedrer ladningsoverførslen," sagde Yang. Når vi ser frem til yderligere undersøgelser, giver forskerholdets resultater dem en enkel og kontrollerbar strategi til at forbedre kuldioxid-elektroreduktionen til kulilte-ydelsen af ​​jern-nitrogen-kulstof-katalysatorer ved at stabilisere Fe ³⁺ websteder. + Udforsk yderligere

Tandemkatalysator for at forbedre kuldioxidelektroreduktion til metan