Optimierte Elektrolytzusammensetzung des Lewis-basierten Liganden verbessert die CO₂-Elektrolyseleistung

Die Grenzfläche zwischen Elektrode und Elektrolyt, an der elektrokatalytische Reaktionen stattfinden, liegt zwischen festen Katalysatoren und Elektrolyten und beinhaltet komplexe Prozesse des Elektronentransfers und der Massendiffusion unter der Wirkung eines angelegten elektrischen Feldes. Das Verständnis der Grenzflächenorganisation und möglicher Grenzflächenwechselwirkungen, beispielsweise zwischen Elektrokatalysatoren und Elektrolyten oder zwischen Elektrolytkomponenten, ist für die Verbesserung der elektrochemischen Leistung durch gemeinsame Optimierung von Elektrokatalysatoren und Elektrolyten unerlässlich.

Kürzlich veröffentlichten Professor Hongliang Jiang, Professor Cheng Lian und Professor Chunzhong Li von der East China University of Science and Technology eine Forschungsarbeit mit dem Titel „Lewis-based ligand-remodeled interfacialhydrogenbindungsnetzwerk stimuliert das CO.“₂ „Elektrolyse“ in der Rezension National Science Review.

Diese Studie schlägt eine Strategie zur Regulierung der Elektroden-Elektrolyt-Schnittstelle mithilfe von Lewis-basierten Ligandenmolekülen vor. Dabei werden Spurenmengen von Ethylendiamintetraessigsäuremolekülen und ähnlichen Liganden als Elektrolytzusätze hinzugefügt. In-situ-Infrarot- und Ab-initio-Molekulardynamikberechnungen offenbaren die dynamischen Veränderungen von Ethylendiamintetraessigsäureliganden an der elektrochemischen Grenzfläche und ihre Rolle bei der CO-Katalyse₂ Reduktion.

Lewis-Base-Liganden bauen die Kationensolvatisierungsschicht durch Lewis-Säure-Base-Wechselwirkungen wieder auf und formen das Wasserstoffbindungsnetzwerk der Grenzfläche um, indem sie eine H-Brücken-Abstandsschicht bilden. Diese Strategie kann auf eine Reihe kommerzieller Enabler ausgeweitet werden.

Diese Studie schlägt nicht nur eine Strategie zur Regulierung von Lewis-Base-Liganden an katalytischen Grenzflächen vor, sondern erläutert auch den Mechanismus von Lewis-Base-Liganden in CO₂ Elektrolyse, die neue Einblicke in die Wechselwirkungen der Elektrolytkomponenten in der elektrischen Doppelschicht liefert und einen neuen Rahmen für das Verständnis der Organisation komplexer elektrochemischer Grenzflächen bietet.