Name: Síntese e caracterizações de desempenho de catalisador de átomo de Metal de transição para redução de eletroquímica CO2 (Vídeo) | JoVE Journal
Uploaded: 2018-04-10T14:45:00.000+00:00
Duration: 10 min 57 s
Description: Aprenda a sintetizar átomos de metal de transição em grafeno para redução eletroquímica seletiva de CO2 em soluções aquosas. Este método demonstra alta eficiência na conversão de dióxido de carbono em monóxido de carbono.

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Este trabalho foi financiado pelo programa Rowland Fellows da Universidade de Rowland Instituto de Harvard. Este trabalho foi realizado em parte no centro para sistemas de nanoescala (CNS), um membro da rede nacional de nanotecnologia infraestrutura, que é apoiado pela Fundação Nacional de ciência sob prêmio nenhum. ECS-0335765. O CNS é parte da Universidade de Harvard.

1. preparação do catalisador de Ni único átomo (NiN-GS)
<ol><li>Preparação da solução de precursor eletrofiação<ol>
<li>Toma um frasco de cintilação de 20 mL, dissolver 0,5 g de poliacrilonitrila (Mw= 150.000), 0,5 g de polipirrolidona (Mw= 1.300.000), 0,5 g de Ni (NO3)2·6H2O e 0,1 g de dicianodiamida (DCDA) em 10 mL de dimetilformamida (DMF).</li>
		<li>Aqueça a mistura DMF a 80 ° C e manter a mistura a 80 ° C, com agitação constante até todos os polímeros e sal são dissolvidos e observa-se uma solução límpida.</li>
	</ol>
</li>
	<li>Eletrofiação para produzir fibras de polímero<ol>
<li>Definir parâmetros de eletrofiação convencionais como: 15 kV de tensão elétrica estática, 15 cm de ar gap distância, um substrato de coleção de 8 × 8 cm fibra de carbono papelcom (PCP) - 4 kV de tensão elétrica.</li>
		<li>Extrato de 5 mL de solução de precursor em uma seringa de 5 mL, começar a bomba de seringa com um caudal de 1,2 mL h−1e, em seguida, iniciar a eletrofiação. Nota: Uma alta tensão é usada por eletrofiação. Apesar de muito baixa corrente que atravessa o sistema durante o processo de fiação, sugere-se um armário de madeira isolado.</li>
		<li>Retire o substrato do PCP uma vez terminado o processo de eletrofiação. Uma película de polímero da fibra cobre a superfície do PCP.</li>
	</ol>
</li>
	<li>Recozimento de fibras de polímero em nanotubos de carbono<ol>
<li>Aqueça a polímero preparado como fibra filme/PCP a 300 ° C, em 1,5 h em uma fornalha de caixa e manter a temperatura para 0,5 h oxidar os polímeros. Nota: Após o processo de oxidação, as nanofibras (NFs) são auto desanexadas do papel carbono resultando no filme independente.</li>
		<li>Use um par de tesouras para cortar essas nanofibras em pedaços menores (~ 0,5 cm × 2cm) e coloque-os em um barco de quartzo.</li>
		<li>Coloque o barco de quartzo em uma fornalha de tubo e desareá-lo dentro formando a atmosfera de gás (5% H2 no Ar). Manter a taxa de fluxo do gás como 100 sccm e a pressão como 1 Tor.</li>
		<li>Aquecer-se dentro de 10 min de rampa a 300 ° C e 2 h de rampa a 750 ° C, onde é mantido por outro 1h e seguido de resfriamento natural.</li>
	</ol>
</li>
	<li>Bola moinho-sintetizados como NiN-GS catalisador por 5 min para nanopós para catálise e caracterizações.</li>
</ol>2. medidas de redução de2 CO eletroquímica
<ol><li>Célula e eletrodos<ol>
<li>Para preparar o eletrólito de3 KHCO 0,1 M para as seguintes medições, primeiro dissolver 2,5 g de KHCO3 em 250 mL de água ultrapura e, em seguida, purificar o eletrólito por eletrólise entre duas varas de grafite em 0.1 mA durante 24 h para remover qualquer rastrear a quantidade de metal íons.</li>
		<li>Pegue um fresco carbono vítreo (eletroquimicamente) polido (1 cm x 2 cm) e cubra sua parte traseira com uma cera eletroquimicamente inerte, hidrofóbica, como o substrato de eletrodo de trabalho.</li>
		<li>Toma um frasco de cintilação de 4 mL, misturar 5 mg de catalisador de NiN-GS como preparado com 1 mL de etanol e 100 µ l de solução de ionômero (5% em 2-proponal) dentro do frasco e proceda à sonicação por 20 min obter uma suspensão de tinta catalisador homogêneo.</li>
		<li>Pipeta 80 µ l da tinta na superfície de carbono vítreo 2cm2 (0,2 mg cm-2 massa de carregamento) e vácuo catalisador secar o catalisador eletrodo coberto num exsicador antes do uso.</li>
		<li>Use uma folha de platina e um eletrodo de calomelano saturado (SCE) como o contador e o eletrodo de referência, respectivamente.</li>
		<li>Use uma personalizado célula de vidro herméticos de H-tipo, separada por membrana de troca de protões, para montagem acima 3 eletrodos, bem como os ensaios eletroquímicos correndo.</li>
		<li>Coloque o eletrodo de trabalho e eletrodo de referência SCE em compartimento de H-célula e eletrodo de folha Pt na outra câmara. Injetar ~ 25 mL do eletrólito em cada compartimento de H-célula.</li>
		<li>Ligar os 3 eléctrodos na H-célula para a estação de trabalho eletroquímico para controle de potencial.</li>
		<li>Bolha do eletrólito com N2 no sccm 50,0 (monitorado pelo controlador de fluxo de massa) por 30 min em direção N2-saturada 0,1 M KHCO3.</li>
		<li>Selecione a técnica de voltametria cíclica (CV) no software de CE-Lab, defina "Gama E (potencial)" como "-10 V a 10 V", "Eu escala (atual)", como "Auto", realizar contínua 5 CV varreduras de -0,5 V para-1.8 V (vs. SCE) em uma taxa de varredura de 50 mV/s em N2-saturada 0,1 M KHCO3.</li>
		<li>Mudar 50 sccm CO2 fluxo de gás, espere por 30 min em direção de CO2-saturado eletrólito de3 KHCO 0,1 M e manter o mesmo fluxo de2 CO em todo o seguinte eletrólise.</li>
		<li>Selecione a técnica de CV no CE-Lab software, definir "Gama E (potencial)" como "-10 V a 10 V", "Eu escala (atual)", como "Auto", realizar contínua 5 CV varreduras de -0,5 V para-1.8 V (vs. SCE) em uma taxa de varredura de 50 mV/s em CO2-saturada 0,1 M KHCO3.</li>
		<li>Usar um medidor de pH para determinar os valores de pH de eletrólitos, i. e., 0,1 M KHCO3 saturado com N2 ou CO2.</li>
		<li>Converter todos os potenciais medidos contra SCE na escala do eletrodo (RHE) hidrogênio reversível usando este trabalho E (versus RHE) = E (vs. SCE) + 0.244 V + 0.0591 × pH.</li>
		<li>Determinar a resistência da solução (Ru) no software de CE-laboratório selecionando a técnica de espectroscopia de impedância electroquímica Potentiostatic (PEIS) e, em seguida, conjunto de frequências de 0,1 Hz a 200 kHz, registre o valor da resistência.</li>
		<li>Manualmente, compensar iR-a gota como E (iR corrigido vs RHE) = E (vs RHE) - Ru × eu (amperes de corrente média).</li>
	</ol>
</li>
	<li>Análise de produtos de redução CO2 por on-line cromatógrafo a gás (GC)<ol>
<li>Emprega um GC, equipado com uma combinação de colunas peneira molecular 5A e micropacked, para análise de gás de produtos durante o CO2RR. Nota: Os tipos de coluna GC detalhados podem ser encontrados em anexo Tabela de materiais.</li>
		<li>Use um detector de condutividade térmica (TCD) para quantificar a concentração de2 H e um detector de ionização de chama (FID) com um methanizer para análise quantitativa de teor de CO e/ou qualquer outra espécie de alcano.</li>
		<li>Usar dois diferentes gases padrão para as curvas de calibração da concentração de CO e H2 (H2: 1042 e 100 ppm; CO: 496.7 e 100 ppm; equilibrada com argônio).</li>
		<li>Durante a eletrólise, manter a taxa de fluxo de gás CO2 no sccm 50,0, entrega de CO2 no compartimento catódico contendo CO2-saturada eletrólito de3 KHCO 0,1 M e ventilação de escape em GC.</li>
		<li>Sintonia progressiva da tensão no eletrodo de trabalho, que variam de-0.3 a -1,0 V vs RHE, manter ~ 15 min para cada potencial e recorde a curva correspondente do chronoamperimetric.</li>
		<li>Determine o H2 e conteúdo de CO nos gases de escape de sinais TCD e FID, respectivamente. Nota: Os produtos de gás são amostrados após uma Electrólise contínua de ~ 10 min sob cada potencial. O 50 sccm CO2 gás, misturado com continuamente produzido H2 e CO, fluiu através da alça de amostragem (1 mL) da GC durante a eletrólise.</li>
		<li>Calcule a densidade de corrente parcial para um determinado gás do produto abaixo: <img alt="Equation" src="/files/ftp_upload/57380/57380eq2.jpg"> onde x, é a fração de volume de determinado produto determinado pela GC online com referência a curvas de calibração de duas amostras de gás padrão (Scott e Airgas), v é a taxa de fluxo de 50 sccm, n é o número de elétrons envolvidos, p0 = 101.3 kPa e F é a constante de Faradaic e R é a constante dos gases.</li>
		<li>Calcular a eficiência Faradaic correspondente (FE) em cada potencial como <img alt="Equation" src="/files/ftp_upload/57380/57380eq7.jpg"> . Nota: A eficiência global Faradaic poderia ser dentro de um intervalo de 90 a 110% devido os erros de taxa de fluxo de gás, densidade de corrente e análise de concentração de gás no GC.</li>
	</ol>
</li>
</ol>

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</ol>

No processo acima eletrofiação, dois passos importantes devem notar-se nos procedimentos de síntese material: 1) a mistura DMF (etapa 1.1.2) e 2) a taxa de bomba ajustando (etapa 1.2.2) para coincidir com a taxa de rotação de aquecimento. A imagem SEM na figura 1A mostra as nanofibras de carbono obtidos interligadas uns com os outros (~ 200 nm de diâmetro). Eles foram quebrados em pedaços pequenos por bola de trituração para caracterizações como mostrado na figura 1B</st...

Conversão de CO2 em produtos químicos ou combustíveis usando a eletricidade limpa é cada vez mais importante como um potencial caminho para evitar futuras CO2 emissões1,2,3,4, 5,6. No entanto, esta aplicação prática atualmente é desafiada pela baixa atividade e seletividade de CO2 redução reação (CO2RR) devido as barreiras cinéticas elevadas e a competição com a reação de evolução de hidrogênio (HER) em aquosa meios de comunicação. A maioria do catalisador de metal de transição tradicional, como Fe, Co e Ni, apresentam baixa CO2RR selectividade devido a sua soberba HER atividades7,8. Efetivamente, ajuste suas propriedades materiais para alterar os caminhos de reação sobre estes catalisadores de metais de transição torna-se fundamental para melhorar sua CO2RR seletividade. Entre diferentes métodos para modificar as propriedades eletrônicas dos catalizadores, dispersão de átomos de metal em uma morfologia do único-átomo atrai atenções intensivas recentemente devido a seus comportamentos catalíticos dramaticamente alterados em relação à sua contraparte em massa 9 , 10 , 11. no entanto, devido a alta mobilidade dos átomos não vinculados, é bastante desafiador para obter átomos de metal único sem a presença de materiais de apoio. Portanto, um material de matriz de anfitrião com defeitos criados para confinar e coordenar com os átomos de metal de transição é necessário. Isso poderia abrir novas oportunidades para: 1) ajustar as propriedades eletrônicas dos metais de transição como locais de CO2RR ativos e 2) ao mesmo tempo manter a coordenação atômica relativamente simples para estudos de mecanismo fundamental. Além disso, esses átomos de metal de transição, presos em um ambiente confinado não podem ser facilmente movidos ao redor durante a catálise, que impede a nucleação ou reconstruções de superfície átomos observadas em muitos casos12,13 ,14.
Grafeno em camadas bidimensional é de particular interesse como host para metais átomos único devido à sua condutividade de elétrons alta, estabilidade química e inércia para redução de CO2 e suas reações catalíticas. Mais importante, Fe, Co e metais Ni eram conhecidos para ser capaz de catalisar o processo de Grafitização de carbono na sua superfície15. Em suma, os metais de transição que liga com carbono durante a térmica de alta temperatura, processo de recozimento. Quando a temperatura cai, o carbono começa a precipitar fora de fase da liga e é catalisado para formar camadas de grafeno na superfície do metal de transição. Durante este processo, com grafeno defeitos gerados, átomos único metais iria ficar preso os defeitos de grafeno como os sítios ativos para CO2RR16,17,18,19. Aqui, nós relatamos este protocolo detalhado com a intenção de ajudar novos actores no domínio da catálise de átomo, bem como a proporcionar uma demonstração explícita de CO on-line, análise de produto de redução2 . Mais informações podem ser encontradas em nosso artigo recentemente publicado19 e uma série de obras relacionadas20,21,22,23.

<table><tbody><tr><td>bomba de seringa&nbsp;</td><td>Tubo KD Scientific</td><td>KDS-100</td><td></td></tr><tr><td>furnance</td><td>Lindberg/Blue M</td><td>TF55035A-1</td><td></td></tr><tr><td>fresadora de bolas</td><td>SPEX SamplePrep</td><td>5100</td><td></td></tr><tr><td>estação de trabalho eletroquímico</td><td>Medidor de pH BioLogic</td><td>VMP3</td><td></td></tr><tr><td></td><td>Orion</td><td>320 PerpHecT&nbsp;</td><td>Calibração de 2 pontos antes do uso</td></tr><tr><td>cromatógrafo gasoso</td><td>Shimadzu</td><td>GC-2014</td><td>um sistema de separação combinado consistindo de peneira molecular 5A, Hayesep Q, Hayesep T e controlador de fluxo de massa Hayesep N</td></tr><tr><td></td><td>Alicat Scientific&nbsp;</td>Sistema de água ultrapura <td>MC-50SCCM-D/5M</td><td></td></tr> Dessecador a vácuo <tr><td></td><td>Millipore</td><td>Synergy</td><td></td></tr><tr><td>&nbsp;</td><td>PolyLab</td><td>55205</td><td></td></tr><tr><td>poliacrilonitrila</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>181315</td><td>Mw=150.000</td></tr><tr><td>polipirrolidona</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>437190</td><td>Mw=1.300.000</td></tr><tr><td>Ni(NO3)26H2O</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>244074</td><td></td></tr><tr><td>dicianodiamida</td><td>Papel de fibra de carbono Sigma-Aldrich</td><td>D76609</td><td></td></tr><tr><td>dimetilformamida</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>227056</td><td></td></tr><tr><td></td><td>AvCarb</td><td>MGL370</td><td></td></tr><tr><td>Nafion 117 membrana</td><td>Fuel Cell Store</td><td>117</td><td>usada como membrana de troca de prótons em células</td></tr><tr><td>H KHCO3</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>431583</td><td>purificada por eletrólise</td></tr><tr><td>folha de platina&nbsp;</td>Eletrodo de calomelano saturado <td>Beantown Chemical</td><td>126580</td><td></td></tr><tr><td></td><td>CH Instruments</td><td>CHI150</td><td></td></tr><tr><td>eletrodo de carbono vítreo</td><td>HTW GmbH</td><td>SIGRADUR</td><td>1 cm & vezes; 2 cm</td></tr><tr><td>cera</td><td>Apiezon</td><td>W-W100</td><td></td></tr><tr><td>Nafion 117 solução</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>70160</td><td>usado como ionômero na preparação de tinta de catalisador&nbsp;</td></tr><tr><td>gás de formação</td><td>Airgas</td><td>UHP</td><td>5% H2 balanceado com</td></tr><tr><td>dióxido de carbono</td> Ar <td>Airgas</td><td>LaserPlus</td><td></td></tr><tr><td>gás sardinha</td><td>Airgas</td><td>personalizado</td><td>500 ppm CO, 500 ppm CH4, 1000 ppm H2 balanceado com</td></tr><tr><td>gás Ar sardard</td><td>Air Liquide</td><td>personalizado</td><td>100 ppm H2, 100 ppm de CO e outros alcanos balanceados com Ar</td></tr></tbody></table>

síntese e caracterizações de desempenho de catalisador de átomo de metal de transição para redução de eletroquímica co2

Synthesis and Performance Characterizations of Transition Metal Single Atom Catalyst for Electrochemical CO2 Reduction

Este protocolo apresenta tanto o método de síntese do catalisador Ni único átomo e de ensaios eletroquímicos de sua atividade catalítica e seletividade em aquosa redução de CO2 . Diferente de nanocristais de metal tradicional, a síntese de átomos metálicos simples envolve um material de matriz que pode limitar os átomos único e impedi-los de agregação. Nós relatamos um eletrofiação e térmico, recozimento método para preparar Ni único átomos dispersaram e coordenado em um shell do grafeno, como centros ativos para redução de CO2 para CO. Durante a síntese, dopantes N desempenham um papel fundamental na geração de vagas de grafeno para aprisionar átomos de Ni. Correção de aberração transmissão microscopia eletrônica e tomografia computadorizada de sonda tridimensional do átomo foram empregados para identificar os sites atômicos único de Ni em vagas de grafeno. Configuração detalhada de eletroquímica CO2 redução aparelhos acoplados com uma cromatografia gasosa on-line também é demonstrada. Em comparação com Ni metálico, catalisador de Ni único átomo exibem melhorou drasticamente redução de CO2 e suprimiu a reação de lateral de evolução de2 H.

Microscopia eletrônica (SEM), varredura, microscopia eletrônica de transmissão (STEM) e espectroscopia de raios-x-energia dispersiva (EDX) imagens de mapeamento são mostradas na Figura 1 , para a caracterização da morfologia de NiN-GS. Átomo tridimensional sonda computadorizada (3D-APT) resultados são mostrados na Figura 2 para a identificação directa da simples distribuição de sites do Ni, bem como sua vizinho ambiente químico. ...

Aqui, apresentamos um protocolo para a síntese e ensaios eletroquímicos de simples átomos de metal de transição coordenada em vagas de grafeno como centros ativos para redução seletiva de dióxido de carbono ao monóxido de carbono em soluções aquosas.

Síntese e caracterizações de desempenho de catalisador de átomo de Metal de transição para redução de eletroquímica CO2

This protocol presents both the synthesis method of the Ni single atom catalyst, and the electrochemical testing of its catalytic activity and selectivity ...

O objetivo geral deste procedimento é a preparação na aplicação eletroquímica de Átomos Únicos de Metal de Transição coordenados em vacâncias de grafeno para redução seletiva de dióxido de carbono em soluções aquosas. Este método pode ajudar a responder a questões-chave no campo da redução eletrocatalítica de CO2 sobre a preparação de catalisadores e a determinação da atividade de vedação do produto. A principal vantagem dessa técnica é que átomos individuais podem ficar presos em vagas de grafeno e as nenopartículas de metais de transição podem ser firmemente cercadas por camadas de grafeno.Para iniciar o procedimento, em um frasco de cintilação de 20 mililitros, combine zero vírgula cinco gramas de poliacrilonitrila, zero vírgula cinco gramas de polivinilpirrolidona, zero vírgula cinco gramas de níquel (II) hexahidratado e zero vírgula um grama de dicdiandiamida, com 10 mililitros de dimetilformamida. Aqueça a mistura a 80 graus Celsius e mexa até obter um creme claro e verde. Deixe a mistura do pré-cursor esfriar até a temperatura ambiente depois.Em seguida, monte um pedaço de oito centímetros por oito centímetros de papel de fibra de carbono de ponto zero e sete milímetros de espessura como substrato de coleta em um aparelho eletrofiatório convencional. Desenhe cinco mililitros da mistura pré-cursor em uma seringa de cinco mililitros. Equipe a seringa com uma agulha de calibre 19 e duas polegadas, como ponta giratória e monte a seringa em uma bomba de seringa.Configure o aparelho para um espaço de 15 centímetros entre a fiação e a superfície do coletor. Conecte o terminal positivo de uma fonte de alimentação à agulha e o terminal negativo ao substrato de coleta. Configure a fonte de alimentação para fornecer 15 quilovolts de tensão estática para a ponta giratória e menos quatro quilovolts contra o substrato de coleta.Ligue a bomba de seringa em um ponto dois mililitros por hora e comece a girar eletro. Quando terminar, desligue a energia e transfira o substrato revestido de fibra de polímero para um pedaço de papel alumínio. Em um forno de caixa, aqueça o substrato revestido a 300 graus Celsius ao longo de um vírgula cinco horas.Mantenha a amostra nessa temperatura por 30 minutos para oxidar as fibras poliméricas que se desprenderão do substrato como um filme autônomo. Remova o substrato e o filme de nanofibra de polímero oxidado destacado do forno. Deixe o filme esfriar até a temperatura ambiente no ar.Em seguida, corte o filme em pedaços de aproximadamente cinco centímetros por dois centímetros e colete os pedaços em um barco de quartzo. Coloque o barco em um forno tubular no centro da zona de aquecimento. Coloque a amostra na atmosfera do forno três vezes com uma mistura de gás de cinco por cento de hidrogênio em argônio.Em seguida, mantenha o fluxo de gás em 100SCCM e a pressão do forno em um torque. Aumente o forno primeiro para 300 graus Celsius ao longo de dez minutos. E depois a 750 graus Celsius ao longo de duas horas.Ambos em taxas de envoltório constantes. Mantenha a amostra a 750 graus Celsius por uma hora. Em seguida, desligue o fogo e deixe a amostra esfriar até a temperatura ambiente no forno sob o fluxo de 100SCCM de cinco por cento de hidrogênio e argônio.Sele a amostra resfriada em uma esfera de fresagem de aço inoxidável de seis milímetros em um frasco de fresagem de aço inoxidável. Moer a amostra a 3.000 RPM em 60 hertz por cinco minutos para obter o catalisador de casca de grafeno de nitrogênio de níquel como um pó nano. Para iniciar o procedimento de medição, dissolva dois vírgula cinco gramas de bicarbonato de potássio em 250 mililitros de água ultrapura como eletrólito.Eletrolize a solução eletrolítica entre duas hastes de grafite no ponto zero de um miliampere por 24 horas para remover traços de íons metálicos. Em seguida, cubra a parte de trás de um eletrodo de carbono vítreo limpo, eletroquimicamente polido, de um centímetro por dois centímetros, com uma cera hidrofóbica eletroquimicamente inerte dissolvida em tolueno. Em seguida, coloque em um frasco de cintilação de quatro mililitros, cinco miligramas de nano pó de catalisador de casca de grafeno de nitrogênio níquel, um mililitro de etanol e 100 microlitros de uma solução de iodímero a cinco por cento em álcool isopropílico.Sonicar a mistura durante 20 minutos para obter uma suspensão homogénea de tinta catalisadora. Aplique 80 microlitros da tinta do catalisador na superfície do eletrodo de carbono vítreo. Seque o eletrodo coberto com catalisador em um dessecador a vácuo por cinco a 10 minutos.Em seguida, equipe uma célula eletroquímica do tipo H à prova de gás com uma membrana de troca de prótons. Adicione uma linha de gás nitrogênio à câmara que conterá o eletrodo de trabalho. Coloque o eletrodo de trabalho coberto com catalisador e um eletrodo de referência de calomelano saturado em um compartimento da célula e um contra-eletrodo de folha de platina no outro.Adicione cerca de 25 mililitros da solução eletrolítica purificada a cada compartimento. Conecte os eletrólitos a um potenciostato multicanal. Borbulhe o gás nitrogênio através do eletrólito por 30 minutos a 50SCCM para saturar o eletrólito.Em seguida, selecione voltametria cíclica no software Potenciostato. Configure o experimento para cinco varreduras CV contínuas de menos zero vírgula cinco volts a menos um vírgula oito volts versus SCE a 50 milivolts por segundo com uma faixa de potencial de eletrodo de trabalho de menos 10 volts a 10 volts e uma faixa de corrente automática. Adquira um CV no eletrólito saturado de nitrogênio.Em seguida, mude a linha de gás para dióxido de carbono e borbulhe dióxido de carbono através do eletrólito a 50SCCM por 30 minutos. Então, enquanto ainda borbulhava dióxido de carbono a 50SCCM. Adquira outro CV usando os mesmos parâmetros usados anteriormente.Em seguida, selecione a espectrologia de impedância eletroquímica potenciostática no software Potenciostato. Defina a faixa de frequência para zero vírgula um hertz a 200 kilohertz. Use o potencial de circuito aberto como o potencial inicial.Execute uma varredura impedida e registre o valor resistente da solução. Corrija os potenciais medidos para a queda de tensão usando essas informações. Monte uma célula eletroquímica do tipo H com um eletrodo de trabalho revestido com casca de grafeno de nitrogênio níquel em bicarbonato de potássio molar de ponto zero purificado como eletrólito, conforme descrito anteriormente.Configure um cromatógrafo gasoso para usar um sistema de separação de cinco peneiras moleculares de angstrom em uma série de colunas para separar compostos de baixo peso molecular. Equipar o GC com um detector de condutividade térmica e um detector de ionização de chama com um metodizador. Direcione a exaustão da câmara eletroquímica da célula que contém o eletrodo de trabalho para o sample loop do GC usando tubos de vinil com um diâmetro interno de um 16º de polegada.Passe outro pedaço de tubo de vinil da câmara com o contra-eletrodo para um frasco de água como um monitor de fluxo de gás. Conecte os eletrodos a um potenciostato multicanal e sature o eletrólito com gás dióxido de carbono conforme descrito anteriormente. Mantenha a taxa de fluxo de dióxido de carbono precisamente em 50,0 SCCM.Use o software Potenciostat para relatar uma curva cronométrica e paramétrica. Ao passar o eletrodo de trabalho de menos zero ponto três volts para menos um ponto zero volts versus RAG. Segurando por 15 minutos em cada passo.Para cada passo potencial após 10 minutos de eletrólise contínua, amostrar os produtos gasosos com o GC usando um tempo de execução de 16 minutos. Determinar o teor de monóxido de hidrogénio nos gases de escape a partir dos sinais TCD e FID, respectivamente. Calcule a densidade de corrente parcial e a eficiência faradaica para cada produto.Descobriu-se que as nanopartículas de níquel são distribuídas uniformemente nas nanofibras de carbono do catalisador. As nanopartículas foram encapsuladas em conchas de grafeno de aproximadamente 10 nanômetros de espessura, impedindo o contato direto entre as nanopartículas de níquel e o slater aquoso e, assim, suprimindo uma reação de evolução do hidrogênio. O mapeamento por espectroscopia de raios-X por dispersão de energia em tomografia por sonda atômica mostrou que os átomos de níquel foram incorporados às camadas de grafeno ao redor das nanopartículas.Os átomos de níquel também foram dispersos em carbono em áreas mais distantes das nanopartículas de níquel. Verificou-se que átomos individuais de níquel são coordenados em vacâncias de grafeno, com uma pequena porcentagem também coordenada com átomos de nitrogênio. A análise estatística indicou que a maior parte do níquel nesta área pobre em níquel estava na forma de átomo único.O desempenho da reação eletrocatalítica de redução de dióxido de carbono do catalisador em vários potenciais aplicados foi avaliado em tempo real por um GC conectado à exaustão da célula eletroquímica. As eficiências faradaicas de monóxido de carbono e hidrogênio foram determinadas em aproximadamente 93% e 12%, respectivamente, em menos zero vírgula oito dois volts versus RAG. Após seu desenvolvimento, esse tânico abriu caminho para pesquisadores no campo da eletrólise explorarem esses catalisadores de átomos únicos de metais de transição na fotossíntese artificial, bem como outras aplicações de conversão de energia.

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Research

JoVE Journal

Chemistry

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