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大连化物所研究实现高效稳定二氧化碳电解

   2021-10-12 仪品网仪品网1670
核心提示:近日,大连化物所研究员包信和团队成员,与日本研究人员合作,研究高温二氧化碳电解技术有了新进展,利用氧化还原循环处理技术来构建高密度金属/钙钛矿界面,明显地提高了二氧化碳的电解性能以及其稳定性。

近日,王国雄,中国科学院大连化学物理研究所催化基础国家重点实验室研究员,以及大连化物所研究员包信和团队成员,与日本研究人员合作,研究高温二氧化碳电解技术的新进展。利用氧化还原循环处理技术来构建高密度金属/钙钛矿界面,明显地提高了二氧化碳的电解性能以及其稳定性。


二氧化碳电解


固态氧化电解池能使二氧化碳和H2O在阴极转化为合成气、烃类燃料,并在阳极生成高纯O2,由于反应速度快、能效高、成本低,在二氧化碳转换和可再生的清洁电力储存方面有潜在的应用前景。

钙钛矿氧化物具有优异的掺杂性能、抗积碳能力和氧化还原稳定性,已成为催化及能源领域的研究热点。但是,相对于传统的镍基阴极,钙钛矿电极由于电催化活性差而限制了它的应用。在还原气氛中掺入活性组分到钙钛矿体中,然后在还原气氛中对金属纳米粒子进行原位溶解,以形成金属/钙钛矿界面,是改善其电解性能的有效途径。但是,金属纳米粒子的溶解还存在着颗粒密度小、粒径大等缺陷。另外,对金属/钙钛矿界面的形成机制和机理尚缺乏直观的现场动力学认识。

为此,科学家合成了 Ru掺杂的 Sr 2 Fe1.4 Ru0.1 Mo0.5O6-Δ SFRuM (SFRuM)双钙钛矿,经氧化还原循环处理。把 RuFe合金纳米粒子的密度从5900μm-2 (R1)增加到22680μm-2 (R6),平均粒径在2.2~2.9nm之间,有效调控了RuFe@SFRuM界面密度。利用现场气氛电镜进行了表征,分析了元素分布及电子能量损失谱,揭示了 RuFe@SFRuM界面的形成和再生机制,显示 RuFe@SFRuM界面的形成和再生机制,表明表面 Ru元素富集促进了高浓度的溶解。RuFe@SFRuM界面。用密度泛函理论计算了现场气氛电镜与交流阻抗谱的结合,得到了 RuFe@SFRuM界面促进了二氧化碳吸附活化。RuFe@SFRuM阴极在1.2 V与 SFRuM阴极时,二氧化碳电解电流密度提高了74.6%,在1000小时内显示出高的稳定性。该研究为固体氧化物电解槽二氧化碳的高效稳定提供了一条新途径。


二氧化碳电解



 
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