Nedavno je istraživačka skupina Lu Qija na Odjelu za kemijsko inženjerstvo Sveučilišta Tsinghua otkrila utjecaj učinka kationa na elektrokatalitičko smanjenje ugljičnog monoksida kombiniranjem ispitivanja reakcijske aktivnosti i površinsko pojačane infracrvene spektroskopije. Studija je predložila da u efektu kationa postoje električno polje i neelektrično polje, na koje ne utječu samo karakteristike kationa, već su povezane i sa sastavom elektrokemijskog sučelja. Ova studija također pruža važnu ideju za daljnje razumijevanje utjecaja sastava elektrokemijskih sučelja i strukture na reakcije posredovane elektrodom.
Posljednjih desetljeća, klimatske promjene uzrokovane ljudskim ponašanjem donijele su niz ekoloških i ekoloških problema, ali je također ubrzalo razvoj novih energetskih tehnologija. Osobito posljednjih godina, fotonaponska i vjetroelektrana moje zemlje brzo se razvijale, a cijene proizvodnje solarne i vjetroelektrane postale su konkurentne na tržištu. Korištenje obnovljivih izvora energije za postizanje elektrokatalitičke pretvorbe ugljika pruža praktično rješenje za ublažavanje utjecaja antropogenih klimatskih promjena. Reakcije smanjenja elektrokemijskih CO2 i CO pojavljuju se na sučelju između metalne elektrode i vodene otopine. Stoga na katalitičke performanse utječu i površina elektrode i elektrolit. Kationi u elektrolitu igraju vrlo važnu ulogu na reakcijskom sučelju. U potencijalu smanjenja, kationi privlače elektrokemijsko sučelje. Iako su predložene različite moguće načine na koje kationi utječu na površinski posredovane elektrokatalitičke reakcije, u akademskoj zajednici još uvijek nema konsenzusa zbog nedostatka izravnih eksperimentalnih dokaza.
Slika 1. (a) Spektralni podaci u ko-zasićenom 0. 1 m različitim alkalnim hidroksidima; (B) gustoća struje i (c) faradajska učinkovitost CO elektrokatalitičke pretvorbe u različite proizvode na Cu plinskoj difuzijskoj elektrodi; (D) Shematski dijagram in situ površinske infracrvene spektroelektrokemijske stanice.
U ovom su radu istraživači prvo testirali performanse elektrokatalitičke redukcije ugljičnog monoksida (COR) u elektrolitima koji sadrže različite alkalijske katione. Podaci su pokazali da svojstva alkalnih kationa imaju značajan utjecaj na aktivnost i raspodjelu proizvoda Corr na površini polikristalnih Cu katalizatora. Bez razmatranja hidratacijskog sloja kationa, brzine reakcija evolucije Corr i vodika povećavaju se s povećanjem veličine kationa. Faradajska učinkovitost COR -ovih proizvoda također se povećava s promjenom veličine kationa iz Li+ u K+, ali ostaje u osnovi nepromijenjena za veće katione. U kombinaciji s in situ infracrvenom spektroskopijom, istraživači su otkrili da različite katione dovode do različitih raspodjela mjesta adsorpcije CO na CU. Kako se veličina kationa povećava od Li+ na K+, omjer CO adsorbiranog na mjestu koraka prema adsorbiranom na mjestu terase postupno se povećava, a zatim se stabilizira na većim kationima. Ovaj je trend sličan varijaciji brzine ugađanja CO adsorpcije izmjerene u različitim elektrolitima hidroksida kationa. Može se vidjeti da je čvrstoća interfacijalnog električnog polja glavni razlog povećanja reakcijske aktivnosti COR -a od Li+ na K+, a kako se k+ daljnje mijenja u CS+, brzina podešavanja i brzina reakcije Corr obično se stabiliziraju, što ukazuje na to su komponente neelektričnih polja u efektu kationa. Ovaj rad kombinira testiranje elektrokemijske aktivnosti i in situ infracrvenu spektroskopiju. Istraživači su nadalje naglasili da je učinak kationa važna komponenta ukupnog utjecaja sastava i strukture elektrokemijskog sučelja na reakcije posredovane elektrodom i otkrili da efekt kationa ima i komponente električnog polja i neelektričnih polja.
Studija pod naslovom "Razumijevanje električnih i neelektričnih komponenti kationskog učinka na reakciju smanjenja elektrokemijske CO", objavljena je u časopisu Science Advance 6. studenog 2020. godine. Lu Qi s Odjela za kemijsko inženjerstvo na Sveučilištu Tsinghua i izvanredni profesor Xu Bingjun s Odjela za kemijsko inženjerstvo i biomolekularni inženjering na Sveučilištu u Delawareu. Ovaj je rad financirao Nacionalna zaklada za prirodne znanosti u Kini i drugim projektima.