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Methodenartikel

Solarbetriebene elektrochemische Herstellung von grünem Kraftstoff aus CO2 und Wasser unter Verwendung von Ti3C2T x MXene-gestützten CuZn- und NiCo-Katalysatoren

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DOI:

10.3791/68870

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7. November 2025

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1Institute for Materials Discovery, University College London, 2School of Materials Engineering, Purdue University, 3School of Mechanical Engineering, Purdue University

In diesem Artikel

Zusammenfassung

Dieses Protokoll leitet die Herstellung und elektrochemische Analyse von MXene-gestützten bimetallischen CuZn- und NiCo-Elektrokatalysatoren für die Herstellung grüner Kraftstoffe aus Kohlendioxid und Wasser unter Verwendung von Sonnenenergie.

Zusammenfassung

Dieses Protokoll beschreibt die Synthese und Aktivitätskartierung von bimetallischen, MXen-gestützten Kathoden zur Kohlendioxidreduktion (CO2R) und Anoden zur Wasserspaltung unter Verwendung von Sonnenenergie in alkalischen Medien. Eine Rückstrom-Puls-Elektrodepositionstechnik wurde verwendet, um die Nanostruktur, die Kornfeinung und die Legierungszusammensetzung der hergestellten Elektroden zu kontrollieren. Sowohl Anoden als auch Kathoden sind edelmetallfrei und auf zweidimensionalem (2D) Titankarbid (Ti3C2Tx) MXen gelagert, was den Übergangswiderstand reduziert und den Ladungstransfer vom Substrat zu den Reaktanten über Katalysatoren erleichtert. Kupfer-Zink (CuZn), das auf Ti3C2Tx MXen basiert, wird als Kathoden für die Methanolherstellung in der thermokatalytischen CO2 -Umwandlung verwendet, und hier haben wir zum ersten Mal ihre Leistungsfähigkeit bei der elektrochemischen CO2 -Reduktion (CO2R) unter Beweis gestellt. Nickel-Kobalt (NiCo), das auf Ti3C2Tx MXen gelagert ist, wird in ähnlicher Weise mittels Pulselektroabscheidung hergestellt und als Anoden für die Wasserelektrolyse getestet, die von einer Solarzelle unter vereinfachten Laborbedingungen angetrieben wird. Die Aktivität beschreibt auch die strukturelle Charakterisierung von metallischen Dünnschichten. Es wird ein detaillierter Aufbau für die Integration der hochmodernen Perowskit-Silizium-Tandemsolarzelle mit der elektrochemischen Zelle, die wiederum die Inline-Gaschromatographie speist, sowohl für die CO2R als auch für die Wasserelektrolyse (WE) demonstriert. Ein Aufbau, der die Wasserelektrolyse unter kommerziellen Bedingungen von hochätzenden alkalischen Lösungen (30 % KOH), hohen Temperaturen (60 °C) und in einer Zero-Gap-Zelle beschreibt, wird an der hergestellten Anode in Verbindung mit einer Pt/C-Sprühkathode demonstriert.

Einleitung

Der Ersatz fossiler Brennstoffe durch emissionsfreie Alternativen ist entscheidend für die Dekarbonisierung des Energiesektors und die verstärkte Nutzung erneuerbarer Energien 1,2,3. Die Umwandlung von Kohlendioxid (CO2) in Kohlenmonoxid (CO), Methan (CH4) und andere kohlenstoffhaltige Brennstoffe wird zu einem wichtigen Weg, um weitere CO2 -Emissionen zu verhindern und eine Kohlenstoffkreislaufwirtschaft zu schaffen4. In ähnlicher Weise wird prognostiziert, dass der Ersatz fossiler Brennstoffe durch Wasserstoff mit hoher Energiedichte den Energieübergang von fossilen zu emissionsfreien Brennstoffen beschleunigenwird 5,6,7,8. Das Energieerzeugungssystem kann durch die Verwendung von direktem Sonnenlicht 9,10,11,12 kostengünstiger und umweltfreundlicher gestaltet werden. Die Energiewende kann positive sozioökonomische Ergebnisse erzielen, insbesondere durch die Verbesserung der sozialen Auswirkungen und damit durch die Erhöhung des Sozialkapitals im Zusammenhang mit der emissionsfreien Kraftstofferzeugung13.

Ein umfangreiches Forschungsprogramm widmet sich der solarbetriebenen elektrochemischen Reduktion von CO2 und der Wasserstofferzeugung14,15. Materialien auf Kupferbasis haben eine ausgezeichnete Aktivität (>70 % faradaischer Wirkungsgrad gegenüber C2 -Produkten) in Bezug auf die CO2 -Reduzierung gezeigt 16,17,18,19. Bimetallische Systeme, die aus Kupfer bestehen, führen zu einer Steigerung der Faradaschen Wirkungsgrade (FE) und der Gesamtumwandlungsrate von Kohlendioxid. Die größten Herausforderungen sind hohe Überpotenziale, niedrigere faradaische Wirkungsgrade und die Selektivität eines einzelnen Produkts20. Die Integration von Photovoltaik (PV)-Systemen in elektrochemische Reaktionen erfordert eine Überlappung zwischen der faradaischen Aktivität des Elektrokatalysators und dem maximalen Leistungspunkt der Solarzelle, um nachhaltige Brennstoffproduktionsraten zu erreichen21,22. Ni- und Co-Bimetallsysteme wurden aufgrund ihrer Überspannung von <600 mV bei Strömen >100 mA/cm2 23,24 ausführlich als hochfunktionelle Anoden für die alkalische Wasserelektrolyse berichtet. Die schnelle Degradation des Katalysators bei industriell relevanten Strömen schränkt ihre Lebensfähigkeit als kommerzielle Anoden ein. Der elektrolytinduzierte Kurzschluss durch Korrosion der Grenzfläche zwischen Metallschicht und Substrat macht die Wasserelektrolyse zusätzlich träge25,26.

MXene, eine wachsende Familie von zweidimensionalen (2D) Übergangsmetallkarbiden, Nitriden und Carbonitriden, haben sich aufgrund ihrer einzigartigen strukturellen und elektronischen Eigenschaften als vielversprechende Materialien für die elektrochemische CO2R-Reaktion erwiesen27,28. MXene, die erstmals 2011 entdeckt wurden, stammen hauptsächlich aus volumenschichtigenM n+1AX n-Phasen (wobei n = 1-4) besteht, die aus n+1 Schichten eines oder mehrerer Übergangsmetalle (M, typischerweise aus den Gruppen 4-6) bestehen, die mit X-Schichten, Kohlenstoff (C), Stickstoff (N) oder beidem (CN) und einem Element der A-Gruppe (normalerweise aus den Gruppen 13-16) verschachtelt sind. Ihre Zusammensetzungen können unter Verwendung verschiedener Übergangsmetalle der Gruppen 4 bis 6 eingestellt werden, wobei X (C/N) und Tx Oberflächenabschlüsse darstellt (z. B. -O, -OH, -F, -Cl)27,29,30. In CO2R werden MXene aufgrund ihrer einstellbaren Oberflächenchemie, ihrer katalytisch aktiven Zentren, ihrer hohen spezifischen Oberfläche und ihrer metallähnlichen elektrischen Leitfähigkeit aktiv als Co-Katalysatoren oder Träger untersucht.

Neuere theoretische Studien sagen voraus, dass die Dekoration von MXenen mit Bimetall- oder Einzelatomen die CO2R-Leistung durch Modulation ihrer elektronischen Struktur erheblich verbessern kann. Diese Designstrategien verschieben das d-Band-Zentrum, modulieren die intermediären Adsorptionsenergien und senken die Gibbs-Barrieren für freie Energie der geschwindigkeitsbestimmenden Schritte 31,32,33. Zum Beispiel wurde gezeigt, dass Mo2ZC2 MXene (Z = Ti, V usw.) die -HOCH2O-Adsorption verstärken und die -OCH2O-Bindung in elektrochemischem CO2RR schwächen, wodurch das Grenzpotenzial für die CH4-Produktion aufgrund einer Verschiebung im d-Band-Zentrum von Mo-Atomen verringert wird. In einer anderen Studie erreichte Cu-dotiertes Ti3C2Tx MXen einen faradaischen Wirkungsgrad von 58,1 % gegenüber der HCOO-Produktion, indem polarisierte Stellen eingeführt wurden, die die intermediäre Adsorption und den Elektronentransfer erleichtern. Diese wenigen theoretischen Studien unterstreichen das Potenzial der Erforschung von MXen-basierten Bimetallkatalysatoren bei der Anpassung von CO2RR-Signalwegen.

Hier haben wir CuZn@Ti3C2Tx MXene Kathoden und NiCo@Ti3C2Tx MXene Anoden für die CO2R und die Wasserelektrolyse durch einfache Eintopf-Elektrodeposition synthetisiert. Mit dem optimierten Verfahren kann eine Reihe von bimetallischen oder polymetallischen Systemen in Konzentrationsbereichen von jeweils 5 bis 100 mM mit pH-Kontrolle abgeschieden werden. Jeder Satz gewünschter Systeme würde eine Abstimmung des pH-Werts und der Stromdichte entsprechend ihren elektrochemischen Potentialen, dem Abscheidungspotential, den Reaktionsbedingungen usw. erfordern. Obwohl die Abscheidung auf einem Aufbau mit zwei Elektroden durchgeführt werden kann, wird eine bessere Kontrolle über die Abscheidungsspannung durch Referenzelektroden empfohlen. Die Methode kann sowohl große Strukturen als auch feine Partikel abscheiden, indem Reaktionsparameter wie Stromdichte, EIN-AUS-Zeitverhältnis und pH-Wert gesteuert werden. Die verfeinerte und optimierte Kornstruktur, die durch Rückstromimpulse abgestimmt wird, zeigt einen hohen Farada-Wirkungsgrad (56 % für Kohlenwasserstoffe) für CO2R bei sehr geringer Katalysatordegradation. Die Wasserelektrolyse wird an NiCo@Ti3C2Tx MXene in einer H-Zelle für Laborbedingungen mit 98 % FE und in einer Zero-Gap-Zelle für industrielle Bedingungen demonstriert. Eine Demonstration der Inline-Produktbestimmung mittels Gaschromatographie wird ebenfalls vorgestellt. Die gesamte Systemintegration und ihr Betrieb wurden mit den in unserem Labor etablierten Safe-by-Design-Protokollen genau überwacht34.

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Protokoll

Die in dieser Studie verwendeten Reagenzien und Geräte sind in der Materialtabelle aufgeführt.

1. Synthese von Ti3C2Tx MXen

  1. 1 g optimierte Ti3AlC2 MAX Phase 18 h lang mit 9 M Salzsäure (HCl) waschen, um intermetallische Verunreinigungen zu entfernen.
  2. Bereiten Sie die Ätzlösung vor, indem Sie 12 M HCl, deionisiertes (DI) Wasser und 50 Gew.-% Flusssäure (HF) in einem Volumenverhältnis von 6:3:1 mischen.
    HINWEIS: Flusssäure (HF) ist hochgiftig und ätzend. Führen Sie alle Schritte, an denen HF beteiligt ist, in einem zertifizierten Abzug durch, während Sie geeignete persönliche Schutzausrüstung (PSA) tragen, einschließlich Handschuhe, Laborkittel und Gesichtsschutz.
  3. Das HCl-washed MAX Pulver zur Ätzlösung geben und bei 400 U/min 24 h bei 35 °C rühren.
  4. Waschen Sie das geätzte Ti3C2Tx MXene mit DI-Wasser durch wiederholtes Zentrifugieren bei 3234 x g für 4-5 Zyklen (jeweils ~200 mL), jeder Zyklus von 10 min, bis der Überstand einen neutralen pH-Wert von ca. 6 erreicht.
  5. Delaminieren Sie das MXen, indem Sie das gewaschene Sediment zu einer Lithiumchlorid (LiCl)-Lösung (50 mL pro Gramm geätztem Pulver) hinzufügen und 1 h lang bei 400 U/min bei 65 °C unter Argongasfluss rühren.
  6. Waschen Sie die Mischung durch Zentrifugation bei 3234 x g für 5 min, 10 min, 15 min und 20 min nacheinander bei Raumtemperatur.
  7. Die endgültige Suspension wird 30 Minuten lang bei Raumtemperatur mit einem Vortex gemischt und dann 30 Minuten lang bei 2380 x g zentrifugiert, um ein- bis mehrschichtige Ti3C2Tx MXene-Flocken zu erhalten.

2. Vorbereitung der Ausgangsstoffe

  1. Dispergieren Sie 300 mg Ti3C2Tx MXen in 100 mL DI-Wasser. 5 Minuten lang beschallen, um eine stabile Dispersion zu gewährleisten.
  2. Bereiten Sie eine 30 mM Kupfercitratlösung und eine 10 mM Zinkoxalatlösung in DI-Wasser vor. Stellen Sie sicher, dass alle Lösungen in einer Haube mit geeigneter PSA hergestellt werden, um ein Verschütten oder direkten Kontakt mit der Haut zu vermeiden.
  3. Bereiten Sie 50 mM Lösungen von Nickelnitrat und Kobaltnitrat in DI-Wasser vor.
  4. Eine Dispersion von 5 mg Pt/C in 50 mL DI-Wasser herstellen und 10 min bei Raumtemperatur beschallen.

3. Herstellung von Elektroden

  1. Reinigen Sie den Nickelschaum mit Aceton und beschallen Sie ihn dann 5 Minuten lang in DI-Wasser.
  2. Aktivieren Sie das Kohlefaserpapier (CFK), indem Sie es 20 Minuten lang in 1 M Salpetersäure (HNO3) einweichen. Aktivieren Sie das CFP in einer Kapuze und verwenden Sie Handschuhe und geeignete PSA.
  3. Tauchen Sie den gereinigten Nickelschaum (5 cm × 5 cm) 5 Minuten lang in MXene-Lösung. Bei Raumtemperatur unter Vakuum trocknen. Beschriften Sie dieses Muster als MXene-Ni-Foam.
  4. MXene-Lösung auf aktiviertes CFP sprühen. Beschriften Sie das Beispiel als MXene-CFP. Laden Sie 50 mL Mxene-Lösung in eine Spritzpistole. Sprühen Sie die Tinte in einem Abstand von 5 cm auf das aktivierte CFP und bedecken Sie dabei die gesamte Oberfläche des 2 cm x 2 cm CFP.
  5. In einer elektrochemischen Glaszelle werden die Cu- und Zn-Vorläuferlösungen zugegeben. Verwenden Sie eine Ag/AgCl-Referenzelektrode, eine Platin-Gegenelektrode und MXene-CFP als Arbeitselektrode und verbinden Sie die Elektroden mit ihrem jeweiligen Anschluss am Potentiostaten.
    HINWEIS: Zum Beispiel wird die MXene-CFP-Elektrode mit dem Anschluss der Arbeitselektrode verbunden und ebenso. Das Elektrolytbad bestand aus 50 mL 30 mM Cucitratlösung und 10 mM Zn-Oxalat in DI-Wasser.
  6. Wenden Sie die folgende Sequenz der Impulsstromabscheidung an: -10 mA/cm2 für 1 s, 0 mA/cm2 (Nullimpuls) für 0,5 s, +10 mA/cm² für 0,5 s.
  7. Wiederholen Sie dies für 1000 Zyklen, um CuZn zu deponieren. Beschriften Sie die resultierende Elektrode als CuZn@Ti3C2T x-MXene-CFP.
  8. Fügen Sie in einer anderen Zelle Ni- und Co-Vorläuferlösungen hinzu. Verwenden Sie die gleiche Elektrodenkonfiguration, ersetzen Sie jedoch die Arbeitselektrode durch MXene-Ni-Foam. Stellen Sie sicher, dass die Elektroden in der elektrochemischen Zelle richtig mit den entsprechenden Anschlüssen am Potentiostaten verbunden sind. Das Elektrolytbad besteht aus 50 mL 50 mM Ni-Nitrat und Co-Nitrat in VE-Wasser.
  9. Wenden Sie den gleichen gepulsten Abscheidungszyklus (wie in Schritt 3.6) für 1000 Sätze an, um NiCo@Ti3C2T x-MXene-Ni-Schaum zu erhalten.
  10. 50 mL Pt/C in die Spritzpistole füllen. Aus einem Abstand von 5 cm Pt/C auf Ni-Gewebe sprühen und in einem Vakuumschrank bei 60 °C trocknen, um die Referenzkathode für die Wasserelektrolyse vorzubereiten.

4. Strukturelle Charakterisierung

  1. Schneiden Sie jede Elektrode in 0,5 cm × 1 cm große Stücke.
  2. Führen Sie Röntgenbeugung (XRD) und Rasterelektronenmikroskopie (REM) für Phasen- und Morphologieanalysen durch.
    HINWEIS: Die Größe der Elektrodenstücke sollte der Größe entsprechen, die den Richtlinien für die Probenvorbereitung von XRD- und REM-Instrumenten entspricht.

5. Elektrochemische CO2 -Reduktion

  1. Bauen Sie eine H-Zelle mit einer alkalischen Austauschmembran zusammen, die die beiden Kammern trennt.
  2. Verwenden Sie Ni-Schaum als Anode und CuZn@Ti3C2T x-MXene-CFP (2 cm × 2 cm) als Kathode. In beiden Kammern wird 1 M KOH als Elektrolyt verwendet. Prüfen Sie gründlich, ob an der Membranübergang Elektrolytlecks vorhanden sind. Ziehen Sie die Verbindungsstelle fest, um Undichtigkeiten zu vermeiden.
    HINWEIS: KOH ist stark korrosiv; Tragen Sie geeignete PSA, geben Sie alle Lösungen in einen Abzug und vermeiden Sie den Kontakt mit der Haut. Halten Sie alle Lösungen auf ebenen Flächen von persönlichem Eindringen und elektrischen Steckern fern.
  3. Führen Sie eine Hg/HgO-Referenzelektrode in den Kathodenraum ein. Verschließen Sie das System gasdicht. Fügen Sie einen Schlauch für den CO2 -Einlass und einen für den Gasauslass in der Kathodenkammer hinzu.
  4. Spülen Sie CO2 15 Minuten lang mit 30 ml/min in die Kathodenkammer, um den Elektrolyten zu sättigen.
  5. Beleuchten Sie die Photovoltaik (PV)-Zelle mit einer Intensität von 1 Sonne und verbinden Sie sie mit der Zelle (positiv zur Anode, negativ zur Kathode).
  6. Aufzeichnung der zyklischen Voltammetrie (CV) von 0 V bis -2,5 V bei 50 mV/s und EIS (100 kHz bis 0,1 Hz) bei Leerlaufpotential.
  7. Führen Sie 2 h lang eine chronopotentiometrische 0-A-Messung durch und zeichnen Sie den Strom periodisch mit einem Multimeter auf. Der aufgezeichnete Strom kann verwendet werden, um den faradaischen Wirkungsgrad von Produkten zu berechnen.
  8. Verbinden Sie den Auslass der Kathodenkammer mit einem Gaschromatographen (GC) für eine Inline-Probenahme alle 10 Minuten. Programmieren Sie den GC für die Detektion und Quantifizierung von permanenten Gasen. Verwenden Sie eine gepackte Säule, wie z. B. das Molekularsieb, um die Gase zu identifizieren.
    HINWEIS: Die Temperatur des Ofens wird auf eine Anfangstemperatur von 150 °C mit einer Haltezeit von 2 min eingestellt und weiter auf 200 °C mit einer Haltezeit von 1 min hochgefahren, um eine ordnungsgemäße Trennung und Elution der Gase aus dem Gemisch zu ermöglichen.

6. Elektrochemische Wasserelektrolyse (OER)

  1. Wiederholen Sie den H-Zellen-Aufbau mit NiCo@Ti3C2T x-MXene-Ni-Foam als Anode und Pt/C@Ni-Netz als Kathode. Führen Sie eine Hg/HgO-Elektrode als Referenzelektrode in die anodische Kammer mit der Arbeitselektrode ein.
  2. Füllen Sie beide Kammern mit 1 M KOH-Elektrolyten.
  3. Aufzeichnung von CV von 0 V bis 1,2 V bei 50 mV/s und EIS (10 kHz bis 0,1 Hz, 10 mV Amplitude) bei Leerlaufpotential. Verwenden Sie auf dem Autolab-Potentiostaten die OCP-Bestimmungsfunktion (Leerlaufpotential), um OCP aufzuzeichnen.
  4. Beleuchten Sie die PV-Zelle mit 1-Sonnenlicht mit einem Sonnensimulator, der in 6 cm Entfernung platziert ist, oder mit einer Leuchtkraft von 1 Sonne auf der Zelle.
  5. Schließen Sie PV-Klemmen an Elektroden an und zeichnen Sie eine 0-A-Chrono-Potentiometriekurve auf. Überwachen und protokollieren Sie den Strom für Effizienzberechnungen.
  6. Verbinden Sie den Kathodenausgang mit dem GC und analysieren Sie die Wasserstoffproduktion alle 10 Minuten mit einem Wärmeleitfähigkeitsdetektor (TCD) mit Stickstoff als Trägergas.

7. Zero-Gap-Elektrolyseur-Baugruppe

  1. Mit Wasser waschen und eine Zelle ohne Spalt vorbereiten. Bereiten Sie saubere Polyvinyl-Propylen-Schläuche und anderes Zubehör vor, wie z. B. Druck- und Zugwerte, die zu den Schläuchen passen, um Verbindungen zwischen verschiedenen Teilen der alkalischen Wasserelektrolyse-Baugruppe zu schaffen.
  2. Stapeln Sie nacheinander: Zellanodenplatte, NiCo@Ti3C2T x-MXene-Ni-Foam-Anode, Dichtung (gleich oder etwas dicker (0,1 mm) als die Dicke der Anode), alkalische Austauschmembran, Dichtung, Pt/C-Kathode und schließlich Kathodenzellplatte. Verwenden Sie Positionierungsstangen zum Ausrichten, falls verfügbar, oder stellen Sie sicher, dass die Schichten fest und stationär auf einem Tisch liegen.
  3. Montieren Sie den Elektrolyseur mit der richtigen Ausrichtung aller Schichten und Endplatten. Mit Schrauben festhalten.
  4. Schließen Sie die Zelle an Peristaltikpumpen an, die 30 % KOH bei 30 mL/min zirkulieren. Die Durchflussrate der Elektrolyte kann eingestellt werden, und je nach Gasentwicklung und Temperatur können die Elektrolyte für eine bessere Gasentfernung und -aktivität erhöht werden.
  5. Halten Sie den Elektrolytbehälter mit einem Ölbad auf 60 °C und überwachen Sie ihn mit einem Temperaturfühler. Stellen Sie sicher, dass Sie die Zelle oder das Reservoir nicht ohne Thermohandschuhe berühren.
    HINWEIS: 30% KOH ist stark ätzend und kann Verbrennungen verursachen. Führen Sie alle Experimente mit geeigneter persönlicher Schutzausrüstung durch. Bewahren Sie zusätzliche Elektrolyte in einem Abzug auf und bewahren Sie den Elektrolytbehälter auf einer ebenen Fläche auf, die gut gestützt und ausbalanciert ist, um ein Verschütten zu vermeiden.

8. Berechnung des Faradaischen Wirkungsgrads

  1. Verwenden Sie die folgende Gleichung:
    figure-protocol-1
    Dabei ist Qprod die Ladung, die zur Bildung des Produkts (z. B. Wasserstoff oder CO2R-Produkt) verwendet wird, und Qtotal ist die gesamte durchgelassene Ladung.
    HINWEIS: Entsorgen Sie alle HF- und HCl-haltigen Abfälle gemäß den institutionellen Protokollen für gefährliche Abfälle. Wenden Sie sich an Sicherheitsdatenblätter (MSDS) und Mitarbeiter für Umwelt, Gesundheit und Sicherheit (EHS), um Hinweise zur Entsorgung zu erhalten.

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Ergebnisse

Die Röntgenbeugungstechnik wird verwendet, um die feste Kristallstruktur der Metallschichten zu analysieren. Schneiden Sie Filmproben in geeigneter Größe (passt in den Probenstummel des XRD-Geräts). Legen Sie die Proben in das Gerät und scannen Sie einen Bereich von 2Θ von 10° bis 80°. Das erhaltene XRD-Diagramm zeigt Peaksignale für die im Material vorhandenen Kristallebenen. Verwenden Sie das Referenzmuster des International Centre for Diffraction Data ...

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Diskussion

In dieser Arbeit wird das Protokoll für die Synthese von bimetallischen Elektroden für solargetriebene Redoxreaktionen zur Brennstofferzeugung vorgestellt. Die Dekarbonisierung des Energiesektors hängt stark von der CO2 -Umwandlung ab0 35,36,37 und der Verwendung emissionsfreier Brennstoffe wie aus Wasser erzeugtem Wasserstoff 38,39...

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Offenlegungen

Autoren haben nichts offenzulegen.

Danksagungen

Die Autoren danken dem Henry Royce Institute for Advanced Materials für die Unterstützung durch das Industrial Collaboration Programme (RICP-R4-100061) und MATcelerateZero (MATZ0), das aus einem Stipendium des Engineering and Physical Sciences Research Council EP/X527257/1 finanziert wurde. Die Autoren danken dem Department for Energy Security and Net Zero (Projekt-ID: NEXTCCUS), dem Forschungs-, Innovations- und Globalengagement des University College London, den University of Sydney - University College London Partnership Collaboration Awards, den UCL-Peking University Strategic Partner Funds, den Cornell-UCL Global Strategic Collaboration Awards und dem IISc-UCL Joint Seed Fund für ihre finanzielle Unterstützung. Die Autoren danken dem ACT-Programm (Accelerating CCS Technologies, Horizon 2020 Project No. 691712) für die finanzielle Unterstützung des NEXTCCUS-Projekts (Projekt-ID: 327327). Diese Arbeit wurde vom Henry Royce Institute for Advanced Materials im Rahmen des Equipment Access Scheme unterstützt, das den Zugang zur Royce SEM-FIB Suite in Cambridge ermöglichte. Cambridge Royce Einrichtungen gewähren EP/P024947/1 und Sir Henry Royce Institute - wiederkehrende Förderung EP/R00661X/1.

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Materialien

Liste der in diesem Artikel verwendeten Materialien
NameUnternehmenKatalognummerKommentare
Autolab 302Metrohm UKPGSTAT302NEs bewertet die elektrochemische Aktivität des Systems (CO2R und WE)
Kobaltnitrat-HexahydratSigma aldrich 98 10026-22-9Vorläufer der Wasserelektrolyseanode
KupfernitrattrihydratSigma Aldrich10031-43-3.Vorläufer der CO2R-Kathode
LichtquelleSOION-TechnikXenon-LampeLichtquelle, um die Solarzelle zu beleuchten
Nickelnitrat-HexahydratSigma Aldrich13478-00-7Vorläufer der Wasserelektrolyseanode
Online-GaschromatographieAgilent8890Verbunden mit der elektrochemischen Zelle und schleift eine Probe, ~10 Mikroliter Gas alle 10 Minuten oder die im Befehl zur Identifikation und Quantifizierung beschriebene Zeit.
Peristaltische Pumpen SOION-TechnikBT100-3Jum Elektrolyten in einer Null-Lücken-Zelle zu fließen.
KaliumhydroxidSigma Aldrich1310-58-3Elektrolyt für CO2R- und Wasserelektrolyse.
Solarzelle (Photovoltaikzelle)BrennstoffzellenspeicherSilizium-Tandemzelle, die bis zu 4 Volt Potential und Ströme von ~300mA liefern kann
SustainionsmembranDioxidmaterialienX37-50 Grade RTAnionenaustauschmembran, die für den Ionentransport von der Kathode zur Anode sowie für Stop-Gas- und Produkt-Übergänge verwendet wird.
Ti3C2Tx MXeneAnasori-Labor, Purdue University
VionicMetrohm UK3500001080Es bewertet die elektrochemische Aktivität des Systems (CO2R und WE) bei höheren Strömen. Er hat einen höheren Strom und potenzielle Fenster.
ZinkcitratSigma Aldrich480762Vorläufer der CO2R-Kathode

Referenzen

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