ACS Energy Lett.: 碳基气体扩散层在CO2还原气体扩散电极池水淹过程中的作用

雨辰

2021-01-12

在电化学CO₂还原反应(CO₂RR)中，气体扩散电极(GDEs)的部署使电流密度比水性H电池大了一个数量级。然而，由于GDE的使用带来了稳定性方面的挑战，这阻碍了实验室实验和扩大应用的前景。

有鉴于此，代尔夫特理工大学Thomas Burdyny等人，研究了CO2RR期间碳气体扩散层(GDLs)在发生水淹过程中的作用，发现所施加的电位在观测到的不稳定性中起着核心作用。

本文要点

1）首先研究了在无CO₂反应环境中裸露的碳基GDL，碳GDL上的银催化剂和PTFE基GDL上的银催化剂的电化学行为，以分离HER和CO₂RR的作用。在注意到碳包覆和银包覆GDL对HER的活性有很大的差异后，通过比较相同载体上的其他催化剂(Ag、Pt、Au和Cu)，研究了裸碳GDL本身的电化学活性。

2）含或不含催化剂的碳GDL的电化学表征表明，电化学过程中CO2RR所需的高过电位引发了碳GDL载体上的氢析出。

3）随后发现GDL稳定性取决于所施加的电势和碳在GDL上的相应电化学活性。通过降低催化剂的启动电势并在合适的电势范围内运行，CO₂电解槽可以在发生溢流之前达到更长的使用寿命。这样的稳定性将大大提高GDL在测试CO2电解催化剂和操作方面的可用性，并使其在工业应用中具有稳定性。

总之，该工作的发现可以扩展到使用碳基GDE（CORR或N₂RR）（其阴极超电势低于-0.65 V vs RHE）进行的任何电化学还原反应。

参考文献：

Kailun Yang et al. Role of the Carbon-Based Gas Diffusion Layer on Flooding in a Gas Diffusion Electrode Cell for Electrochemical CO₂ Reduction. ACS Energy Lett., 2021.

DOI: 10.1021/acsenergylett.0c02184

https://doi.org/10.1021/acsenergylett.0c02184