Untersuchung der toxischen Wirkung der Kohlenstoffablagerung während der CO₂-Elektroreduktion

Ein Forschungsteam hat neue Erkenntnisse über die toxische Wirkung von Kohlenstoffablagerungen während der Kohlendioxid (CO)-Reduktionsreaktion vorgeschlagen₂RR) auf den aktiven Zentren der Cu-Elektrode. Die Studie wurde veröffentlicht in Präzisionschemie.

Kupferkatalysatoren (Cu) sind die effizientesten elektrochemischen Katalysatoren für CO₂FR. Allerdings ist ihre Langzeitstabilität bei hohen Stromdichten nicht zufriedenstellend. Die Gründe für die Desaktivierung von Cu-Katalysatoren sind komplex. Es wird allgemein beobachtet, dass Kohlenstoffablagerungen zu einer schwerwiegenden Desaktivierung des Katalysators führen können. Obwohl es im Bereich CO nur wenige Berichte über die elektrochemische Kohlenstoffabscheidung gibt₂RR, was die Verbesserung von Katalysatoren auf Cu-Basis verlangsamt.

Auf dieser Grundlage verwendeten die Forscher In-situ-Spektroskopietechniken und Spurenanalysetechniken, um zu bestätigen, dass die Produktion und Rückgewinnung von Kohlenstoffablagerungen auf polykristalliner Cu-Folie während CO₂RRs sind die direkten Ursachen der Katalysatordesaktivierung und verdeutlichen den inhärenten Zusammenhang zwischen Kohlenstoffablagerung und angelegtem Potenzial.

Bei der elektrochemischen Abscheidung von Kohlenstoff handelt es sich um einen dünnen Film, der die Oberfläche der Katalysatorpartikel bedeckt und dessen Struktur und Zusammensetzung der von amorphem Kohlenstoff ähnelt. Diese Art von Kohlenstoff hatte eine geringe Leitfähigkeit und geringe Stoffübertragungsfähigkeiten, was die Übertragung von Reaktionsgasen und Zwischenprodukten während der CO-Phase behinderte₂FR.

Basierend auf einer Reihe kontrollierter experimenteller Ergebnisse klärten die Forscher den Mechanismus der Entstehung von Kohlenstoffablagerungen auf: bei CO₂RR, das Schlüsselzwischenprodukt *CO, verbindet sich mit Protonen zu *COH-Zwischenprodukten, die sich dann mit Protonen verbinden und dann dehydrieren, um adsorbiertes *C zu bilden. Adsorbiertes *C kann als allgemeines Zwischenprodukt entweder mit *CH über Hydrierung weitergehen, um CH zu erzeugen₄ oder direkt desorbieren, um den abgeschiedenen Kohlenstoff zu bilden.

Das Forschungsteam wurde von Professor Gao Minrui vom Hefei National Microscale Physical Science Laboratory an der University of Science and Technology of China (USTC) geleitet.