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EES：在质子可渗透膜的存在下电化学二氧化碳还原成甲烷具有非常高的法拉第效率
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EES：在质子可渗透膜的存在下电化学二氧化碳还原成甲烷具有非常高的法拉第效率

EES：在质子可渗透膜的存在下电化学二氧化碳还原成甲烷具有非常高的法拉第效率 科学材料站
2020-09-30
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导读：该工作研究了CO2还原反应中Nafion覆盖层覆盖的电极。通过改变厚度、衬底和电压，详细研究了Nafion覆盖层对金属和碳网电极减少CO2的影响。


文章信息

在质子可渗透膜的存在下电化学二氧化碳还原成甲烷具有非常高的法拉第效率
第一作者：Hanqing Pan
通讯作者：Christopher Barile*
单位：内华达大学

研究背景

目前，我们81%的一次能源是由化石燃料提供的，随着化石燃料的燃烧，更多的二氧化碳被释放到大气中。人为活动导致大气中二氧化碳含量加速增加，导致了一系列经济和环境问题，如沿海洪水、灾难性天气事件增加、农业生产力转移和生物多样性减少。2020年3月在莫纳罗亚天文台测得的全球二氧化碳浓度为414ppm。在20世纪60年代，二氧化碳含量每年增加约0.6ppm，而在过去十年中，这一比率上升至每年约2ppm。在一个经济严重依赖化石燃料的世界中，为了应对全球二氧化碳含量的上升，化学碳减排旨在捕获大气中的二氧化碳，并将其转化为增值产品。使用可再生能源将二氧化碳电化学还原为合成燃料是一种很有前途的方法，可将能量储存为化学键，用于工业应用，并且是一种基于多种电子转移机制将二氧化碳还原为各种产品的可再生且高效的方法。

文章简介

近日，内华达大学Christopher Barile助理教授等合作。在国际顶级期刊Energy & Environmental Science (影响因子：30.289) 上发表题为“Electrochemical CO2 reduction to methane with remarkably high Faradaic efficiency in the presence of a proton permeable membrane”的研究工作。
该工作研究了CO2还原反应中Nafion覆盖层覆盖的电极。通过改变厚度、衬底和电压，详细研究了Nafion覆盖层对金属和碳网电极减少CO2的影响。根据Nafion膜的厚度，CO2还原发生在聚合物-电解质界面或电极-聚合物界面。通过稳定金属结合的一氧化碳中间体，在铜电极上的15毫米Nafion覆盖层能够在低过电位(540毫伏)下获得极高的甲烷产量(88%法拉第效率)。

本文要点

要点一：本文制作了新型的Nafion修饰电极，其作为CO2还原产物显示出显著增强的CH4产生(高达88%法拉第效率)。通过改变厚度、电压和衬底，我们证明了在产生更高CH4产率的条件下，CO2还原发生在电极-聚合物界面。
要点二：我们认为二氧化碳向甲烷的还原显著增强，因为钠离子有助于稳定铜-一氧化碳中间体，这使得稳定的一氧化碳被质子化并进一步还原为甲烷。此外，疏水聚合物聚偏氟乙烯阻碍质子转移，导致氢气产量增加和非常抑制碳氢化合物的形成。
要点三：未来的研究将通过利用不同的聚合物覆盖层结构来更充分地调节质子转移速率和产物选择性，从而进一步调节聚合物覆盖层的亲水性。

文章链接

Electrochemical CO2 reduction to methane with remarkably high Faradaic efficiency in the presence of a proton permeable membrane
https://pubs.rsc.org/en/content/articlelanding/2020/ee/d0ee02189j#!divAbstract

通讯作者介绍

Christopher Barile，助理教授。
斯坦福大学化学学士学位（2011年）；斯坦福大学化学硕士学位（2011年）；伊利诺伊大学香槟分校化学博士学位（2015年）；斯坦福大学材料科学与工程博士后（2015-2017）。Barile小组的研究旨在利用电化学，材料和无机化学解决与能量转换，存储和效率有关的问题。


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