Adv. Mater.：MOF功能化气体扩散电极实现高效CO2RR

湘湘

2022-10-17

CO₂还原反应(CO₂RR)中二氧化碳(CO₂)到乙烯(C₂H₄)的高速转化需要对气体扩散电极(GDE)的相界进行精细控制，以克服CO₂在水性电解质中溶解度的限制。

多伦多大学Edward H. Sargent、David Sinton和阿卜杜拉国王科技大学Mohamed Eddaoudi等提出了一种金属有机框架(MOF)功能化的GDE设计，一种基于催化剂:MOFs:疏水基底材料分层结构的设计。该设计在流动池和膜电极组件(MEA)电解槽中实现了高速率和选择性的C₂H₄生产。

本文要点：

（1）

作者使用电分析和X射线吸收光谱(XAS)发现，GDEs中MOF诱导的有机层增加了Cu催化剂活性中心附近的局部CO₂浓度。作者使用具有不同CO₂吸附能力的MOF，并改变GDE中MOF的堆叠顺序。虽然在流动池中，在200 mA/cm²的电流密度下，PTFE上溅射的Cu(Cu/PTFE)表现出43%的C₂H₄法拉第效率(FE),但是在CO₂RR中，在MOF增强的GDEs上，在1 A/cm²下实现了49%的FE。

（2）

作者进一步评估了MEA电解槽中MOF增强的GDEs，对于CO₂RR实现了220 mA/cm²的C2H4局部电流密度，对于一氧化碳还原反应(CORR)实现了121 mA/cm²的C2H4局部电流密度，与在裸Cu/PTFE上获得的那些相比，代表C₂ H₄生产率提高了2.7倍和15倍。

参考文献:

Nam, D.-H., Shekhah, O., Ozden, A., McCallum, C., Li, F., Wang, X., Lum, Y., Lee, T., Li, J., Wicks, J., Johnston, A., Sinton, D., Eddaoudi, M. and Sargent, E.H. (2022), High-rate and Selective CO2 Electrolysis to Ethylene via Metal-Organic Framework-augmented CO2 Availability. Adv. Mater.. Accepted Author Manuscript 2207088.

DOI: 10.1002/adma.202207088

https://doi.org/10.1002/adma.202207088