Improving the Energy Efficiency of CO Electrolysis by Controlling Cu Domain Size in Gas Diffusion Electrodes
Improving the Energy Efficiency of CO Electrolysis by Controlling Cu Domain Size in Gas Diffusion Electrodes
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通过控制气体扩散电极中的铜域尺寸来提高 CO 电解的能量效率
DOI：
10.1021/acsenergylett.2c01978
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发表时间：
2022
影响因子：
22
通讯作者：
Kanan, Matthew W.
中科院分区：
文献类型：
--
作者：
Rabinowitz, Joshua A.;Ripatti, Donald S.;Mariano, Ruperto G.;Kanan, Matthew W.
一氧化碳电解是CO2-to-CO技术和可再生C2+平台化学品之间的潜在桥梁，但CO还原（COR）阴极性能必须改进以推进这些系统。一个关键的挑战是在气体扩散电极上设计COR催化剂层，使其具有足够的电子、离子和气体传输以用于高电流密度。在这里，我们研究了Cu域的大小和负载的影响，在催化剂层组成的Cu纳米粒子（NPs）和PTFE气体传输域。使用一种能稳定分散PTFE的特殊油墨溶剂，我们优化了PTFE含量，以创建具有1.5 μm宽Cu NP域网络的催化剂层。这样的层即使在非常高的Cu负载下也提供有利的COR传输性质，这降低了COR过电位。在24 h的电解实验中，优化的Cu/PTFE电极在200 mA cm-2和2.13 V下的单程转换效率为73.5%，对COR的法拉第效率为76%，其中对丙醇的法拉第效率为18%.
Carbon monoxide electrolysis is a potential bridge between CO2-to-CO technologies and renewable C2+platform chemicals, but CO reduction (COR) cathode performance must improve to advance these systems. A key challenge is designing COR catalyst layers on gas diffusion electrodes with adequate electron, ion, and gas transport for high current densities. Here we study the effects of Cu domain size and loading in catalyst layers composed of Cu nanoparticles (NPs) and PTFE gas-transporting domains. Using a special ink solvent that stably disperses PTFE, we optimize the PTFE content to create catalyst layers with networks of ∼5 μm wide Cu NP domains. Such layers provide favorable COR transport properties even at very high Cu loadings, which reduces the COR overpotential. In a 24 h electrolysis, an optimized Cu/PTFE electrode achieves a 73.5% single-pass conversion efficiency at 200 mA cm–2and 2.13 V with 76% Faradaic efficiency for COR, including 18% for propanol.
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影响因子：
9.5
作者：
Larrazabal, Gaston O.;Strom-Hansen, Patrick;Seger, Brian
通讯作者：
Seger, Brian
DOI：
10.1073/pnas.2010868118
发表时间：
2020-12
期刊：
Proceedings of the National Academy of Sciences
影响因子：
--
作者：
Peng Zhu;Chuan Xia;Chun-Yen Liu;Kun Jiang;G. Gao;Xiao Zhang;Yang Xia;Yongjiu Lei;H. Alshareef;T. Senftle;Haotian Wang
通讯作者：
Peng Zhu;Chuan Xia;Chun-Yen Liu;Kun Jiang;G. Gao;Xiao Zhang;Yang Xia;Yongjiu Lei;H. Alshareef;T. Senftle;Haotian Wang
影响因子：
37.8
作者：
Jouny, Matthew;Hutchings, Gregory S.;Jiao, Feng
通讯作者：
Jiao, Feng
CO2 电催化还原过程中气体扩散电极的产物选择性区
影响因子：
32.5
作者：
Tim Möller;Trung Ngo Thanh;Xingli Wang;W. Ju;Zarko P. Jovanov;P. Strasser
通讯作者：
P. Strasser
影响因子：
22
作者：
Sisler, Jared;Khan, Shaihroz;Sargent, Edward H.
通讯作者：
Sargent, Edward H.