Il catalizzatore a sito singolo Fe-NC drogato con F mantiene il vantaggio di un basso sovrapotenziale per Fe-NC, con un'efficienza faradaica di CO molto maggiore e una densità di corrente parziale grazie al Fe 3+ stabilizzato siti attivi mediante drogaggio F con ritiro di elettroni. Credito:Nano ricerca
Con lo sviluppo dell'industria nel secolo scorso, l'eccesso di emissioni di anidride carbonica ha portato a problemi climatici ed effetti serra. Gli scienziati sono costantemente al lavoro per trovare soluzioni ai problemi dei gas serra, che riscaldano la superficie terrestre e le parti inferiori dell'atmosfera. L'anidride carbonica è il più diffuso tra i gas serra.
L'anidride carbonica può essere ridotta elettrochimicamente in sostanze chimiche preziose utilizzando le energie elettriche derivate dal vento o dalla luce solare. Questa elettroriduzione dell'anidride carbonica presenta agli scienziati una strategia promettente per la gestione del bilancio del carbonio su scala globale. La riduzione elettrochimica dell'anidride carbonica offre il potenziale futuro per convertire l'anidride carbonica in sostanze chimiche utili e più rispettose dell'ambiente, come monossido di carbonio, metano o etanolo. Per ottenere l'elettroriduzione dell'anidride carbonica, gli scienziati hanno bisogno di elettrocatalizzatori efficienti. Gli elettrocatalizzatori sono i catalizzatori utilizzati nelle reazioni elettrochimiche. Possono aumentare la velocità della reazione che si verifica. Un team di ricerca dell'Università di Nanchino ha costruito catalizzatori utilizzando un metodo di drogaggio con fluoro che ne migliora le prestazioni.
Il team di ricerca ha riportato i propri risultati in Nano Research .
Gli scienziati sanno che i catalizzatori a sito singolo metallo-azoto-carbonio a basso costo funzionano bene per l'elettroriduzione dell'anidride carbonica in monossido di carbonio. Tra questi, i catalizzatori a sito singolo di carbonio drogati con nichel e azoto possiedono l'elevata efficienza faradaica del monossido di carbonio e una grande corrente parziale. L'efficienza faradaica descrive l'efficienza con cui la carica viene trasferita in una reazione elettrochimica.
Il team di ricerca ha già potenziato l'efficienza faradaica e l'ampia corrente parziale dei catalizzatori di carbonio a sito singolo drogati con nichel e azoto drogandoli. Rispetto ai catalizzatori a sito singolo di carbonio drogati con nichel-azoto, i catalizzatori a sito singolo ferro-azoto-carbonio hanno sovrapotenziali inferiori per l'elettroriduzione dell'anidride carbonica. Sovrapotenziale descrive l'efficienza di tensione di una cella. Ricerche precedenti hanno utilizzato la spettroscopia a struttura fine di assorbimento di raggi X per verificare che i siti attivi dei catalizzatori a sito singolo ferro-azoto-carbonio siano Fe 3+ siti. Questi Fe 3+ i siti consentono al catalizzatore di essere più efficace nell'adsorbimento dell'anidride carbonica e nel desorbimento del monossido di carbonio.
Il team ha costruito un catalizzatore a sito singolo ferro-azoto-carbonio drogato con fluoro che possiede più Fe 3+ siti, come si aspettavano. Il catalizzatore a sito singolo ferro-azoto-carbonio drogato con fluoro che hanno costruito ha mantenuto il vantaggio di un basso sovrapotenziale. Ha anche promosso l'efficienza faradaica del monossido di carbonio da un valore elevato simile a un vulcano a un valore di alto plateau. "I risultati indicano la stabilità superiore del ferro-azoto-carbonio drogato con fluoro rispetto al ferro-azoto-carbonio a causa del drogaggio con fluoro", ha affermato Lijun Yang, professore associato della School of Chemistry and Chemical Engineering, Nanjing University.
Il gruppo di ricerca conclude che il drogaggio al fluoro con prelievo di elettroni consente al catalizzatore a sito singolo ferro-azoto-carbonio di mantenere il vantaggio di un basso sovrapotenziale, con un'efficienza faradaica del monossido di carbonio molto maggiore e una densità di corrente parziale a causa del Fe 3+ siti.
Il team ha sintetizzato il ferro-azoto-carbonio utilizzando un metodo di calore chiamato pirolisi ad adsorbimento. Hanno eseguito gli esperimenti di elettroriduzione dell'anidride carbonica in una cella di tipo H e una cella a elettrodi a diffusione di gas. Hanno utilizzato calcoli teorici per comprendere ulteriormente i miglioramenti avvenuti con il doping al fluoro.
"I test elettrochimici mostrano che i difetti arricchiti dal drogaggio con fluoro aumentano cineticamente la superficie elettroattiva e migliorano il trasferimento di carica", ha affermato Yang. Guardando al futuro di ulteriori studi, i risultati del team di ricerca forniscono loro una strategia semplice e controllabile per migliorare le prestazioni di elettroriduzione dell'anidride carbonica in monossido di carbonio dei catalizzatori ferro-azoto-carbonio stabilizzando il Fe 3+ siti. + Esplora ulteriormente
