Os cientistas desenvolvem tecido de fibra de basalto depositado por cobre para redução eletroquímica de CO₂

O co₂ Reação de redução (Eco₂Rr) para produzir multi-carbono de valor agregado (c₂₊) Os produtos, especialmente o etanol, representam uma estratégia eficaz para conversão de energia sustentável e alcançar a neutralidade de carbono. Embora o cobre (Cu) seja o eletrocatalisador padrão para C₂₊ Formação do produto, possui limitações inerentes relacionadas à sua densidade, força mecânica, suscetibilidade a ambientes corrosivos e ao desafio contínuo de obter alta C₂₊ Seletividade e estabilidade operacional. Esta situação exige a exploração de arquiteturas catalíticas inovadoras.

Para enfrentar esses desafios significativos, um estudo recente liderado pelo Prof. Abudukerremu Kadier e pelo Prof. Ma Pengcheng do Instituto Técnico Xinjiang de Física e Química (XTIPC) da Academia Chinesa de Ciências, introduz o tecido de fibra de basalte (BFF) como apoio novo e de alta desempenho para os eletrocatais de CU. Este estudo foi publicado no diário Energia.

A BFF foi selecionada para suas propriedades únicas: baixa densidadeexcepcional força mecânicaexcelente inércia química e resistência à corrosão inerente, tornando -a uma alternativa promissora aos suportes tradicionais do catalisador. Além disso, a província de Xinjiang possui abundantes reservas naturais de basalto, posicionando a BFF como um materials potencialmente de baixo custo.

Ao alavancar essas propriedades intrínsecas, os pesquisadores projetaram uma plataforma catalítica robusta através de um simples processo de deposição de Cu de eletrólito. Esse processo resultou em um materials condutor uniformemente depositado com uma carga substancial de Cu de 96,79percentem peso.

A melhor amiga depositada por Cu mostrou uma densidade significativamente menor (3,08 ± 0,4 g/cm³) comparado ao Cu em massa (8,96 g/cm³), ao mesmo tempo em que demonstram propriedades mecânicas marcadamente melhoradas (forças de quebra de 3308 ± 25 N na direção de urdidura e 665 ± 20 N na direção da trama) e alta condutividade elétrica (4,81 × 10⁵ S/m antes do ECO₂RR, diminuindo um pouco para 4,58 × 10⁵ S/m após a reação).

Caracterização eletroquímica abrangente em CO₂-Bicarbonato de potássio saturado (KHCO₃) eletrólitos (variando de 0,1 m a 2,0 m) revelaram que o eletrocatalisador desenvolvido alcançou um densidade de corrente de 25,93 Ma/cm² com uma eficiência faradaica excepcional (Fe) de 97,01% para Produção de etanol a uma tensão aplicada de -0,8 V versus o eletrodo de hidrogênio reversível (RHE) em uma célula do tipo H convencional.

A análise mecanicista indicou que o catalisador favoreceu principalmente uma by way of complexa de 12 elétrons para C₂H₅OH síntese, embora também tenham sido observadas reações concorrentes menores: um processo de dois elétrons para formação de CO (0,42% Fe) e um processo de oito elétrons para CH₄ Formação (0,43% Fe), juntamente com uma reação limitada de evolução de hidrogênio de dois elétron (H₂2,14% Fe).

O Fe significativamente maior para o etanol destaca as propriedades de superfície otimizadas e as condições de reação que promovem o multi-elétron Co₂ Caminho de redução.

Notavelmente, aumentando a concentração de eletrólitos para 1,5m KHCO₃ Desempenho catalítico substancialmente aprimorado, alcançando uma impressionante densidade atual de 184,51 Ma/cm² e um Fe notável de 98,02% para o etanol, demonstrando seletividade sem precedentes.

Além disso, a melhor amiga depositada por CU exibiu uma excelente longevidade operacional, mantendo 98,8% e 99,6% de sua densidade de corrente inicial após 100 horas de eletrólise contínua em 0,1 me 1,5 m de khco₃ eletrólitos, respectivamente. Essa estabilidade excepcional acima de 100 horas de operação contínua pode ser atribuída à resistência mecânica e à resistência à corrosão do suporte à BFF, que efetivamente mantém a integridade estrutural e a atividade catalítica da Cu.

Esta pesquisa estabelece BFF como um materials de suporte novo, multifuncional e escalável para o design racional de eletrocatalisadores robustos e de alto desempenho baseados em Cu₂ Conversão, representando um avanço significativo em relação à química sustentável e à mitigação das mudanças climáticas.