Ученые используют метод легирования фтором для создания катализаторов с улучшенными характеристиками

Прочитано: 84 раз(а)
1 Звезда2 Звезды3 Звезды4 Звезды5 Звезд (1 голосов, среднее: 5,00 из 5)
Loading ... Loading ...


По мере развития промышленности за последнее столетие избыточные выбросы двуокиси углерода привели к климатическим проблемам и парниковым эффектам. Ученые постоянно работают над решением проблемы парниковых газов, нагревающих поверхность земли и нижние слои атмосферы. Углекислый газ является наиболее распространенным из парниковых газов.

Углекислый газ может быть электрохимически восстановлен в ценные химические вещества с использованием энергии ветра или солнечного света. Это электровосстановление диоксида углерода представляет ученым многообещающую стратегию управления углеродным балансом в глобальном масштабе. Электрохимическое восстановление двуокиси углерода предлагает будущий потенциал для преобразования двуокиси углерода в полезные, более безвредные для окружающей среды химические вещества, такие как окись углерода., метан или этанол. Чтобы добиться электровосстановления диоксида углерода, ученым нужны эффективные электрокатализаторы. Электрокатализаторы – это катализаторы, используемые в электрохимических реакциях. Они могут увеличить скорость протекающей реакции. Исследовательская группа из Нанкинского университета сконструировала катализаторы, используя метод легирования фтором, который повышает их эффективность.

Исследовательская группа сообщила о своих выводах в Nano Research.

Ученым известно, что недорогие одноцентровые катализаторы металл-азот-углерод хорошо работают для электровосстановления диоксида углерода до монооксида углерода. Среди них углеродные одноцентровые катализаторы, легированные никелем и азотом, обладают высокой фарадеевской эффективностью монооксида углерода и большим парциальным током. Фарадеевская эффективность описывает, насколько эффективно заряд передается в электрохимической реакции.

Исследовательская группа уже повысила фарадеевскую эффективность и большой парциальный ток углеродных одноцентровых катализаторов, легированных никелем и азотом, путем их легирования. По сравнению с углеродными одноцентровыми катализаторами, легированными никель-азот, железо-азот-углеродные одноцентровые катализаторы имеют более низкие перенапряжения для электровосстановления диоксида углерода. Перенапряжение описывает эффективность напряжения ячейки. В предыдущих исследованиях использовалась рентгеновская абсорбционная спектроскопия тонкой структуры, чтобы подтвердить, что активные центры одноцентровых катализаторов железо-азот-углерод представляют собой центры Fe 3+ . Эти центры Fe 3+ позволяют катализатору быть более эффективным в адсорбции диоксида углерода и десорбции монооксида углерода.

Команда сконструировала железо-азот-углеродный катализатор с одним центром, легированный фтором, который , как они и ожидали, имеет больше центров Fe 3+ . Сконструированный ими одноцентровый катализатор железо-азот-углерод, легированный фтором, сохранял преимущество низкого перенапряжения. Это также способствовало повышению фарадеевской эффективности монооксида углерода от вулканического высокого значения до высокого значения плато. «Результаты показывают превосходную стабильность железа-азота-углерода, легированного фтором, по сравнению с железом-азотом-углеродом из-за легирования фтором», — сказал Лицзюнь Ян, доцент Школы химии и химического машиностроения Нанкинского университета.

Исследовательская группа пришла к выводу, что электроноакцепторное легирование фтором позволяет железо-азотно-углеродному одноцентровому катализатору сохранять преимущество низкого перенапряжения, со значительно увеличенной фарадеевской эффективностью монооксида углерода и парциальной плотностью тока из-за стабилизированного Fe 3+ места.

Команда синтезировала железо-азот-углерод, используя тепловой метод, называемый адсорбционным пиролизом. Они провели эксперименты по электровосстановлению диоксида углерода в ячейке Н-типа и ячейке с газодиффузионным электродом. Они использовали теоретические расчеты, чтобы лучше понять улучшения, произошедшие с легированием фтором.

«Электрохимические тесты показывают, что дефекты, обогащенные легированием фтором, кинетически увеличивают площадь электроактивной поверхности и улучшают перенос заряда», — сказал Ян. Предвидя дальнейшие исследования, результаты исследовательской группы предоставляют им простую и контролируемую стратегию повышения эффективности электровосстановления диоксида углерода до монооксида углерода железо-азот-углеродных катализаторов путем стабилизации участков Fe 3+ .

Ученые используют метод легирования фтором для создания катализаторов с улучшенными характеристиками



Новости партнеров