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研究进展:CO2RR 膜电极 | Nature Energy

今日新材料  · 公众号  ·  · 2025-01-29 00:10

正文

电化学二氧化碳还原反应carbon dioxide reduction reaction (CO2RR)技术的实际应用,仍然受制于极低稳定性,这主要是由于在阴极形成碳酸氢盐,这阻碍了反应物CO2的质量流动。

今日,美国莱斯大学(Rice University)Shaoyun Hao,Haotian Wang,休斯敦大学(University of Houston)Xiaonan Shan等,在Nature Energy上发文,利用动态原位Operando表征工具,跟踪了盐的形成过程,并在不同设备操作条件下,量化了盐的析出过程,说明了潜在的机制,并优化了阳极电解液条件,以便在>100mAcm–2时,长期(>1,000小时)操作二氧化碳还原反应CO2RR至CO。
实验表征了携带阳离子和碳酸氢根离子的液滴,在界面气体析出和CO2流的驱动时,从催化剂/膜界面向气体扩散电极的背面迁移。这些液滴最终干燥,形成碳酸氢盐析出,堵塞气流通道。
在此基础上,在阴极气流通道表面涂上一层疏水性聚对二甲苯涂层,促进了液滴的去除,并在200mAcm–2时,将稳定性从~100h延长到500h以上。
Improving the operational stability of electrochemical CO 2 reduction reaction via salt precipitation understanding and management.
通过盐析出理解和管理,提高电化学CO2还原反应的操作稳定性。

图1:在CO2RR 膜电极组件membrane electrode assembly,MEA电解槽中,提出了盐形成机理。


图2: 膜电极组件MEA反应器中,盐形成的机理研究。


图3: 阳离子从催化剂/阴离子交换膜anion exchang e membrane,AEM界面迁移到气体扩散电极gas diffusion electrode,GDE背面的机理研究。


图4: 阳离子从催化剂/阴离子交换膜AEM界面迁移到GDE背面的机理研究。


图5:在100mAcm–2时,利用不同KHCO3阳极电解液浓度的膜电极组件MEA电解槽中,CO2RR稳定性。








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