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华工/浦项科大EES:CeO2修饰PCECs,合理调节CO2/H2O共电解的产物选择性
慕瑾
顶刊动态
2023-07-25
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利用质子陶瓷电解池(PCECs)共电解CO
2
和H
2
O生产燃料是一种很有前途的有效二氧化碳利用技术。然而,使用PCECs直接生产碳氢燃料仍然具有挑战性,并且电解过程中CO
2
加氢的机制仍不清楚。
基于此,
华南理工大学陈燕
和
韩国浦项科技大学Jeongwoo Han
等采用一种简单的渗透方法,成功将氧化铈(CeO
2
)选择性地沉积在Ni-BaCe
0.7
Zr
0.1
Y
0.1
Yb
0.1
O
3-δ
(Ni-BZCYYb)燃料电极的BZCYYb表面,并将其用于PCEC中CO
2
和H
2
O的共电解。
电化学试验和生产分析表明,CeO
2
改性显著促进了二氧化碳加氢生成甲烷:在550°C和1250 mA cm
−2
电流密度下,CeO
2
修饰的电解池的甲烷选择性是原始电解池的3倍。
XAS、XPS、TPD和原位DRIFTS光谱表明,CeO
2
修饰层显著调节了CO
2
和CO在表面的吸附,促进表面C−H的形成,这是甲烷产生的关键反应中间体。此外,原位拉曼光谱进一步证明,通过电偏压可以有效地驱动质子到其表面,使其参与CO
2
的氢化反应。
密度泛函理论(DFT)计算表明,CeO
2
表面的CO吸附和质子键合作用弱于BZCYYb表面,前者导致氢与CO的结合更强,促进CO加氢,后者促进质子向电极表面后的迁移。这两种因素都导致CO进一步加氢反应的能垒更低,使得利用CeO
2
改性的BZCYYb表面具有更高的甲烷选择性。
综上,该项工作表明表面工程是利用PCEC调节CO
2
/H
2
O共电解反应路径的有效途径,为其他高温热、太阳热和热电化学器件的高活性催化剂的设计提供了思路。
Tuning the Product Selectivity of CO
2
/H
2
O Co-electrolysis by CeO
2
-modified Proton-conducting Electrolysis Cells. Energy & Environmental Science, 2023. DOI: 10.1039/D3EE01468A
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