Conversion du dioxyde de carbone (CO2 ), des sources industrielles ponctuelles aux produits chimiques et aux carburants utilisant des énergies renouvelables, peuvent contribuer à lutter contre la crise climatique. CO2 l'électrolyse est une voie prometteuse.
Les études précédentes étaient généralement réalisées avec du CO2 pur ou hautement concentré. se nourrit, tandis que le CO2 la concentration dans les gaz de combustion provenant de la combustion de combustibles fossiles était très faible, généralement de 5 % à 15 %. Les coûts énergétiques et financiers associés au captage et à la purification du CO2 provenant de sources ponctuelles de gaz de combustion sont très élevées. L'utilisation directe des gaz de combustion industriels en contournant les étapes de captage et de purification pour produire du CO2 pur les flux restent un défi.
Récemment, une équipe de recherche dirigée par les Profs. Wang Guoxiong et Gao Dunfeng de l'Institut de physique chimique de Dalian (DICP) de l'Académie chinoise des sciences (CAS), en collaboration avec le professeur An Qingda de l'Université polytechnique de Dalian, ont proposé une stratégie d'amélioration moléculaire pour l'électrolyse directe du CO dilué 2 au CO. Cette étude a été publiée dans ACS Energy Letters .
Faire face au transport de masse défavorable, à la thermodynamique des réactions et à la cinétique de l'électrolyse directe du CO2 dilué , les chercheurs ont construit un microenvironnement de réaction entourant les sites catalytiquement actifs en modifiant moléculairement les électrodes CoPc avec une molécule de poly(4-vinylpyridine) (P4VP). Le microenvironnement de réaction formé intègre efficacement la capture et la conversion du CO2 à partir de flux d'alimentation dilués.
Avec un électrolyseur à assemblage d'électrodes à membrane alcaline (MEA) fait maison, les chercheurs ont obtenu une remarquable densité de courant partiel de CO de 252 mA cm -2 avec un rendement faradique en CO de 90 % sous l'alimentation diluée avec un CO2 typique concentration (10 %) dans les gaz de combustion, qui était 2,24 fois supérieure à celle de l'électrode CoPc nue.
Les résultats de la caractérisation structurale physicochimique et électrochimique ont indiqué que les groupes pyridine abondants du modificateur P4VP amélioraient séquentiellement l'adsorption physique et l'activation chimique du CO2 sur les sites Co des catalyseurs CoPc, ce qui se traduit par des performances impressionnantes pour l'électrolyse directe du CO2 dilué au CO.
Cette stratégie d'amélioration moléculaire, avec un contrôle plus précis des structures des catalyseurs et des microenvironnements de réaction, sera très prometteuse pour l'électrolyse directe des gaz de combustion industriels et la production sélective de produits chimiques multicarbonés tels que l'éthylène.
Plus d'informations : Bingyu Chen et al, Amélioration moléculaire de l'électrolyse directe du CO2 dilué , Lettres énergétiques ACS (2024). DOI :10.1021/acsenergylett.3c02812
Informations sur le journal : Lettres énergétiques de l'ACS
Fourni par l'Académie chinoise des sciences
