Synthèse et caractérisation de la Performance de catalyseur seul atome de métal de Transition pour électrochimique CO2 réduction

Résumé

Ici, nous présentons un protocole pour la synthèse et test électrochimique des métaux de transition unique atomes coordonné en graphène postes vacants comme centres actifs pour la réduction sélective du dioxyde de carbone au monoxyde de carbone en solution aqueuse.

Résumé

Ce protocole présente aussi bien la méthode de synthèse du catalyseur seul atome Ni et l’essai électrochimique de son activité catalytique et la sélectivité dans aqueuse réduction de CO₂ . Différent des nanocristaux métalliques traditionnels, la synthèse des atomes métalliques implique un matériel matriciel qui peut confiner les atomes et les empêcher d’agrégation. Nous rapportons un électrofilage et thermique recuit méthode pour préparer Ni atomes dispersés et coordonné dans une coquille de graphène, comme des centres actifs pour la réduction de CO₂ à CO. Au cours de la synthèse, dopants N jouent un rôle essentiel dans la création de postes vacants de graphène pour piéger les atomes Ni. Correction de l’aberration de la microscopie électronique par balayage transmission et tomographie sonde tridimensionnelle atome étaient employés pour identifier les sites atomiques d’unique Ni dans le graphène postes vacants. Installation détaillée d’électrochimique CO₂ appareil de réduction couplée à une chromatographie en phase gazeuse en ligne est également démontrée. Par rapport à Ni métallique, Ni seul atome catalyseur pièce considérablement améliorée réduction de CO₂ et supprimée de réaction côté H₂ evolution.

Introduction

Converting CO₂ en produits chimiques ou combustibles à l’aide de l’électricité propre devient de plus en plus importante comme une voie possible pour prévenir d’autres CO₂ émissions^{1,2,3,4, 5,6}. Cependant, cette application pratique est actuellement contestée par la faible activité et la sélectivité du CO₂ réaction de réduction (CO₂RR) en raison des barrières cinétiques élevées et la concurrence avec la réaction de dégagement d’....

Protocole

1. préparation du Ni Single Atom catalyseur (NiN-GS)

1. Préparation de la solution de précurseur électrofilage
   1. Prendre un flacon de 20 mL à scintillation, dissoudre 0,5 g de polyacrylonitrile (M_w= 150 000), 0,5 g de réticulé (M_w= 1 300 000), 0,5 g de Ni (NO₃)₂·6H₂O et 0,1 g de dicyandiamide (DCDA) dans 10 mL du diméthylformamide (DMF).
   2. Faites chauffer le mélange DMF à 80 ° C et maintenir le mélange à 80 ° C avec constant, en remuant jusqu'à ce que tous les polymères et le sel sont dissolvent et on observe une solution claire.
2. Électrofilage pour pro....

Résultats

Microscopie électronique (SEM), analyse de microscopie électronique à transmission (tige) et spectroscopie de rayons x dispersive en énergie (EDX) cartographie images sont affichées à la Figure 1 pour la caractérisation de la morphologie de NiN-GS. Atome en trois dimensions sonde tomographie (3D-APT) résultats est présentés dans la Figure 2 pour l’identification directe de distribution unique de sites Ni ainsi que leur environnem.......

Discussion

Dans le processus électrofilage ci-dessus, deux étapes importantes doivent noter dans les procédures de synthèse matérielle : 1) chauffer le mélange DMF (étape 1.1.2) et réglage de taux 2) la pompe (étape 1.2.2) pour correspondre à la vitesse de rotation. L’image de SEM dans la Figure 1 a montre les nanofibres de carbone obtenus interconnectés entre eux (~ 200 nm de diamètre). Ils ont été brisés en petits morceaux par boule fraise caractérisations comme illustré dans la .......

Matériaux

Liste des matériaux utilisés dans cet article

Nom	Entreprise	Numéro de catalogue	Commentaires
Pousse-seringue  ;	KD Scientific	KDS-100
Revêtement de tube	Lindberg/Blue M	TF55035A-1
broyeur à boulets	SPEX SamplePrep	5100
station de travail électrochimique	BioLogic	VMP3
pH-mètre	Orion	320 PerpHecT  ;	Calibrage en 2 points avant utilisation
chromatographe en phase gazeuse	Shimadzu	GC-2014	un système de séparation combiné composé d’un tamis moléculaire 5A, Hayesep Q, Hayesep T et Hayesep N
régulateur de débit massique	Alicat Scientific  ;	MC-50SCCM-D/5M
système d’eau ultrapure	Millipore	Synergy
;	PolyLab	55205
polyacrylonitrile	Sigma-Aldrich	181315	Mw=150 000
polypyrrolidone	Sigma-Aldrich	437190	Mw=1 300 000
Ni(NO3)26H2O	Sigma-Aldrich	244074
dicyandiamide	Sigma-Aldrich	D76609
diméthylformamide	Sigma-Aldrich	227056
papier en fibre de carbone  ;	AvCarb	MGL370
Nafion 117	membrane Fuel Cell Store	117	utilisée comme membrane échangeuse de protons dans la cellule H
KHCO3	Sigma-Aldrich	431583	purifiée par électrolyse
feuille de platine  ;	Beantown Chemical	126580
électrode de calomel saturé	CH Instruments	CHI150
électrode de carbone vitreux	HTW GmbH	SIGRADUR	1 cm & times ; 2 cm
cire	Apiezon	W-W100
solution de nafion 117	Sigma-Aldrich	70160	utilisée comme ionomère dans la préparation de l’encre de catalyseur
gaz de formation	Airgas	UHP	5 % H2 équilibré avec
du dioxyde de carbone	Ar Airgas	LaserPlus
gaz de sable	Airgas	personnalisé	500 ppm CO, 500 ppm CH4, 1000 ppm H2 équilibré avec du
gaz de sable	Air Liquide	personnalisé	100 ppm H2, 100 ppm CO et autres alcanes équilibrés avec de l’Ar