這里采用改性多元醇法合成了精確可控的花蕾至花朵形狀的納米級(jí)氧化亞銅（Cu2O）催化劑。當(dāng)催化劑應(yīng)用于氣體擴(kuò)散電極時(shí)，其形狀的演變是影響催化劑層的關(guān)鍵因素，例如體積孔隙率和三相邊界接觸面積。數(shù)學(xué)和實(shí)驗(yàn)研究表明，由于結(jié)構(gòu)變化，反應(yīng)物摩爾濃度增加，CO2傳質(zhì)改善，從而影響電化學(xué)CO2還原反應(yīng)過(guò)程。完全展開(kāi)的Cu2O納米花催化劑與二維(2D)結(jié)構(gòu)的石墨烯片相結(jié)合，形成了具有支架結(jié)構(gòu)的催化劑層，該催化劑層在1 M KOH電解液中1.0 V外加電勢(shì)下，對(duì)CO的法拉第效率高達(dá)93.20%。這些研究發(fā)現(xiàn)建立了催化劑層性質(zhì)和傳質(zhì)之間的關(guān)系，在此基礎(chǔ)上還可以描述催化劑層的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)對(duì)電化學(xué)CO2RR性能的影響。
Figure 1. 用于eCO2RR 的CG電極方案。(a) 改進(jìn)多元醇法合成CG；(b) 石墨烯層上的CG形成；(c) CG電極的GDE組件。(d)通過(guò)控制反應(yīng)溫度從70°C到 90°C，CG 中Cu2O的形貌。
Figure 2. a-e) CG1-5 催化劑上Cu2O納米顆粒的 SEM 圖；樣品CG1-5組分的EDS圖；f-j) Cu 和 k-o) O 元素分布p-t）CGs1-5組裝電極的橫截面視圖的催化劑層厚度。
Figure 3. a) CG 催化劑層的比界面面積。b) CG、GDL、CL 在 -1.0 V vs. RHE 時(shí)的平均摩爾質(zhì)量。c) -1.0 V vs. RHE 時(shí)GDL 中的平均 CO2 氣體流速。
Figure 4. a–e) CGs1–5 和 f) Cu2O在1 M KOH電解液中的法拉第效率曲線，用于 eCO2RR 的產(chǎn)物包括 CO（藍(lán)色）、甲酸鹽（綠色）和 H2（黃色）。
該研究工作由英國(guó)諾森比亞大學(xué)Xiaoteng Liu課題組于2021年發(fā)表在Applied Catalysis B: Environmental期刊上。原文：Cu2O nano-flowers/graphene enabled scaffolding structure catalyst layer for enhanced CO2 electrochemical reduction。
轉(zhuǎn)自《石墨烯研究》公眾號(hào)
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