ZIF-8基复合材料高效、稳定电催化还原CO_(2)

电催化CO_(2)还原反应(eCO_(2)RR)受到催化剂本征活性以及传质的限制,导致材料的催化活性低、反应起始电位高等问题。我们以类沸石锌盐咪唑骨架(ZIF-8)材料为研究对象,探究了不同粒径ZIF-8材料的eCO_(2)RR性能。优选粒径为50 nm的ZIF-8材料,进一步引入碳纳米管(CNT)作为其导电基底材料,通过原位生长,构建了复合材料ZIF-8-50@CNT的多级孔结构和疏水界面。eCO_(2)RR实验结果表明,CNT的引入提高了催化剂的导电性,优化后的复合材料有效地降低了反应的起始电位。在-1.1 V(相对可逆氢电极(RHE))电位下,CO部分电流密度为15.6 mA·cm^(-2),ZIF-8-50@CNT催化剂的比表面活性提升了3.5倍(相比ZIF-8-50),塔菲尔斜率降低到136 mV·dec^(-1)。并且产物CO的选择性和稳定性得到了提高,在宽电势窗口-0.9~-1.2 V(vs RHE)内,CO的法拉第效率(FE)保持在80%以上。在10 h稳定性测试中,催化剂活性保持稳定,整体增强了复合材料eCO_(2)RR的性能。

钴酞菁/多孔碳气凝胶复合结构用于高效电催化CO_(2)还原

利用可再生能源将CO_(2)转化成高附加值的燃料或化学品,是一项实现“碳中和,碳达峰”的新资源化技术,但目前高性能电催化CO_(2)转化的催化剂研发,仍然是一项热点问题。设计具有“类珊瑚状”结构的多级孔氮掺杂碳气凝胶(N-CA)作为优化气体传质的碳载体,利用非共价固定技术,将酞菁钴(CoPc)稳定于气凝胶骨架的表面,以实现活性位点和导电碳骨架稳定结合。CoPc@N-CA展现出优异的电催化CO_(2)还原(CO_(2)RR)活性,在较宽的电势窗口-0.5~-1.0 V vs.RHE下,对CO的选择性>80%,最高为99.05%;在-0.85 V vs.RHE电位下,CoPc@N-CA对CO的部分电流密度达到14.40 mA·cm^(-2),约是以商业碳黑(CB)为基底设计的CoPc@CB(3.66·mA cm^(-2))催化剂的4倍。内在活性分析发现,CoPc@N-CA优异的活性可归因于N-CA独特的多孔结构,这不仅促进了CO_(2)分子的传质,有利于CO_(2)RR反应动力学,而且有利于暴露Co活性位点,从而促进CO_(2)RR。