Summary
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.
Abstract
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 émissions1,2,3,4, 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’hydrogène (HER) en milieu aqueux médias. La plupart du catalyseur métal de transition traditionnels, tels que Fe, Co et Ni, pièce faible CO2RR sélectivité en raison de leur superbe sa activités7,8. Tuning efficacement leurs propriétés pour modifier les chemins réactionnels sur ces catalyseurs métalliques de transition devient critique afin d’améliorer leur CO2RR sélectivité. Parmi différentes méthodes pour modifier les propriétés électroniques des catalyseurs, dispersant des atomes métalliques dans une morphologie unique atome attire les attentions intenses récemment en raison de leurs comportements catalytiques considérablement changés par rapport à leurs homologues en vrac 9 , 10 , 11. Toutefois, en raison de la grande mobilité des atomes sans bornes, il est assez difficile d’obtenir des atomes métalliques sans la présence de matériaux favorables. Par conséquent, un matériel de matrice hôte avec défauts créé pour confiner et coordonner avec les atomes de métal de transition est nécessaire. Cela pourrait ouvrir de nouvelles perspectives à : 1) régler les propriétés électroniques des métaux de transition comme les sites actifs de CO2RR et 2) en même temps maintenir une coordination atomique relativement simple pour les études de mécanisme fondamental. En outre, ces atomes de métaux de transition, pris au piège dans un milieu confiné ne peut pas être déplacées facilement en catalyse, qui empêche la nucléation ou reconstructions des atomes de surface observées dans de nombreux cas12,13 ,14.
Graphène en couches bidimensionnel est particulièrement intéressant en tant qu’hôte pour les atomes métalliques en raison de leur conductivité électronique élevée, stabilité chimique et inertie à la fois la réduction de CO2 et ses réactions catalytiques. Plus important encore, Fe, Co et les métaux Ni étaient connus pour être capable de catalyser le processus de graphitisation de carbone sur leur surface15. En bref, les métaux de transition serait en alliage avec carbone au cours du processus de recuit thermique haute température. Lorsque la température descend, carbone commence à précipiter hors de la phase d’alliage et est catalysée à des couches de graphène de forme sur la surface du métal de transition. Au cours de ce processus, présentant des défauts de graphène générées, atomes métalliques seraient enfermés dans ces défauts de graphène comme les sites actifs de CO2RR16,17,18,19. Nous rapportons ici, ce protocole détaillé avec l’intention d’aider les nouveaux praticiens dans le domaine de la catalyse de l’atome, ainsi que pour fournir une démonstration explicite de CO en ligne analyse de produit de réduction2 . On trouvera plus d’informations dans notre article récemment publié19 et une série de travaux connexes20,21,22,23.
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Protocol
1. préparation du Ni Single Atom catalyseur (NiN-GS)
- Préparation de la solution de précurseur électrofilage
- Prendre un flacon de 20 mL à scintillation, dissoudre 0,5 g de polyacrylonitrile (Mw= 150 000), 0,5 g de réticulé (Mw= 1 300 000), 0,5 g de Ni (NO3)2·6H2O et 0,1 g de dicyandiamide (DCDA) dans 10 mL du diméthylformamide (DMF).
- 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.
- Électrofilage pour produire des fibres de polymère
- Définir les paramètres électrofilage classiques comme : 15 kV de tension électrique statique, 15 cm d’air gap à distance, un substrat de 8 × 8 cm en fibre de carbone papier (PCP) avec - 4 kV de tension électrique.
- Extrait 5 mL de solution de précurseur dans une seringue de 5 mL, commencez le pousse-seringue à un débit de 1,2 mL h−1, puis démarrer l’électrofilage.
Remarque : Une tension élevée est utilisée pour électrofilage. Bien que très faible courant passe par le système pendant le processus de filature, un coffret en bois isolé est suggéré. - Sortez le substrat de la PCP une fois terminé le processus électrofilage. Un film de fibre polymère couvre la surface de la CFP.
- Recuit de fibres polymères en nanotubes de carbone
- Faire chauffer la polymère préparés comme fibre film/PCP à 300 ° C à 1,5 h dans un four de boîte et maintenir la température de 0,5 h à oxyder les polymères.
Remarque : Après le processus d’oxydation, les nanofibres (NFs) sont se détachés le papier carbone résultant dans le film autoportant. - Utiliser une paire de ciseaux pour couper les nanofibres en petits morceaux (~ 0,5 cm × 2 cm) et les placer dans un bateau de quartz.
- Mettez le bateau de quartz dans une fournaise de tube et purger l’air intérieur formant l’atmosphère gazeuse (5 % H2 Ar). Maintenir le débit de gaz comme sccm 100 et la pression comme 1 Tor.
- Chauffer au sein du lancement à 300 ° C en 10 min et 2 h ramping à 750 ° C, où elle est maintenue pendant encore 1 h et suivie par le refroidissement naturel.
- Faire chauffer la polymère préparés comme fibre film/PCP à 300 ° C à 1,5 h dans un four de boîte et maintenir la température de 0,5 h à oxyder les polymères.
- Ball mill synthétisés comme NiN-GS catalyseur pendant 5 min de nanopoudres pour catalyse et caractérisations.
2. mesures de réduction électrochimique CO2
- Cellule et électrodes
- Pour préparer l’électrolyte de 0,1 M KHCO3 pour les mesures suivantes, tout d’abord dissoudre 2,5 g de KHCO3 dans 250 mL d’eau ultrapure, puis purifier l’électrolyte par électrolyse entre deux tiges de graphite à 0,1 mA pendant 24 h pour enlever toute trace quantité de métal ions.
- Prenez un frais carbone vitreux (électrochimique) poli (1 × 2 cm) et couvrir son derrière avec une cire électrochimiquement inerte et hydrophobe, comme le substrat d’électrode de travail.
- Prendre un flacon de 4 mL à scintillation, mixer 5 mg de préparés comme catalyseur de NiN-GS avec 1 mL d’éthanol et 100 µL de solution ionomère (5 % en 2-proponal) dans la cuvette et laisser agir pendant 20 min obtenir une suspension d’encre catalyseur homogène.
- Pipette 80 µL de l’encre de catalyseur sur la surface de carbone vitreux de2 cm 2 (0,2 mg cm-2 charge massique) et vide sec le catalyseur des électrodes enrobées dans un dessicateur avant utilisation.
- Utiliser une feuille de platine et une électrode au calomel saturée (ECS) comme le comptoir et l’électrode de référence, respectivement.
- Utilisez une personnalisé étanche au gaz H-type verre cellule, séparée par une membrane échangeuse de protons, pour les 3 électrodes ci-dessus montage ainsi que les tests électrochimiques en cours d’exécution.
- Placer l’électrode de travail et électrode de référence de CPE dans un compartiment de H-cellule et Pt clinquant électrode dans l’autre chambre. Injecter ~ 25 mL d’électrolyte dans chaque compartiment de H-cellule.
- Connecter les 3 électrodes H-cellule au poste de travail électrochimique pour contrôle éventuel.
- Bulle de l’électrolyte avec N2 à 50,0 sccm (surveillé par le contrôleur de débit massique) pendant 30 min vers N2-saturés 0.1 M KHCO3.
- Sélectionnez technique de voltampérométrie cyclique (CV) dans le logiciel EC-Lab, définissez « E Range (potentiel) » comme « -10 V à 10 V », « Je Range (actuel) » comme « Auto », effectuer des analyses de CV continus 5 de -0,5 V à -1,8 V (vs) à une vitesse de balayage de 50 mV/s en N2-saturés 0.1 M KHCO3.
- Changement de débit de gaz de 50 sccm CO2 , attendre 30 min vers CO2-saturé d’électrolyte de 0,1 M KHCO3 et maintenir le même débit de2 CO tout au long de l’électrolyse suivant.
- Sélectionnez technique de CV dans le logiciel EC-Lab, définissez « E Range (potentiel) » comme « -10 V à 10 V », « Je Range (actuel) » comme « Auto », effectuer des analyses de CV continus 5 de -0,5 V à -1,8 V (vs) à une vitesse de balayage de 50 mV/s à CO2-saturés 0.1 M KHCO3.
- Utiliser un pH-mètre pour déterminer les valeurs de pH des électrolytes, i.e., 0,1 M KHCO3 saturée avec N2 ou CO2.
- Convertir tous les potentiels mesurées contre le CPE à l’échelle d’électrode (RHE) réversible de l’hydrogène dans ce travail E (vs RHE) = E (vs CPE) + 0,244 V + 0.0591 × pH.
- Détermination de la résistance (R-u) de solution dans le logiciel EC-Lab en sélectionnant technique de spectroscopie de l’impédance électrochimique potentiostatique (PEIS), puis set de fréquences de 0,1 Hz à 200 kHz, enregistrez la valeur de la résistance.
- Compenser manuellement iR-tomber sous la forme E (iR corrigé vs RHE) = E (vs RHE) - Ru × I (ampères de courant moyen).
- Analyse de produits réduction CO2 par en ligne chromatographe en phase gazeuse (GC)
- Employer un GC, équipé d’une combinaison de colonnes de 5 a et micropacked tamis moléculaire, pour l’analyse des gaz produits au cours de CO2RR.
Remarque : Les types de colonne GC détaillées se trouvent dans attaché Table des matières. - Utiliser un détecteur de conductivité thermique (TCD) pour quantifier la teneur en2 H et un détecteur à ionisation de flamme (FID) avec un méthaniseur à l’analyse quantitative CO contenu et/ou de toute autre espèce d’alcane.
- Utiliser deux gaz standards pour les courbes d’étalonnage de H2 et de la concentration de CO (H2: 100 et 1042 ppm ; CO : 100 et 496,7 ppm ; symétrique avec Argon).
- Pendant l’électrolyse, maintenir la vitesse d’écoulement de gaz CO2 à 50,0 sccm, livrer le CO2 dans le compartiment cathodique contenant du CO2-saturés 0.1 M KHCO3 électrolyte et évacuation des gaz d’échappement en GC.
- Mélodie progressivement la tension sur l’électrode de travail, allant de -0,3 à -1,0 V vs RHE, garder ~ 15 min pour chaque potentiel et enregistrer la courbe correspondante de chronoamperimetric.
- Déterminer l’H2 et CO contenu dans le gaz d’échappement des signaux TCD et FID, respectivement.
Remarque : Les gaz produits sont échantillonnés après une électrolyse continu de ~ 10 min sous chaque potentiel. Le 50 sccm CO2 gaz, mélangé en continu produit H2 et CO, a coulé à travers de la boucle d’échantillonnage (1 mL) de GC pendant l’électrolyse. - Calculer la densité de courant partielle pour un produit donné de gaz comme ci-dessous :
où xj’ai est la fraction de volume de certains produits déterminés par GC en ligne référencé aux courbes d’étalonnage de deux échantillons de gaz étalon (Scott et Airgas), v est la vitesse d’écoulement de 50 sccm, ni est le nombre des électrons impliqués, p0 = 101,3 kPa et F est la constante faradique et R est la constante des gaz. - Calculer le rendement faradique correspondant (FE) à chaque potentiel en tant que
.
Remarque : L’efficacité dans l’ensemble faradique pourrait être dans une fourchette de 90 à 110 % en raison des erreurs de débit gaz, densité de courant et analyse de la concentration gaz sur GC.
- Employer un GC, équipé d’une combinaison de colonnes de 5 a et micropacked tamis moléculaire, pour l’analyse des gaz produits au cours de CO2RR.
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Representative Results
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 environnement chimique voisine. Résultat et en ligne installation de mesures GC électrochimique apparaissent à la Figure 3 pour la quantification des produits de gaz CO2RR.
Figure 1 : caractérisation des catalyseurs de NiN-GS. (A) image de SEM du polymère carbonisé electrospin NFs. Echelle : 5 μm. image TEM (B) du catalyseur de NiN-GS ball-blanchi. Les pixels morts (soulignés par des cercles rouges comme exemples) uniformément distribuées dans le FCEN sont Ni nanoparticules (NPs). Echelle : 200 nm. (C) image de tige correction de l’aberration d’une NP Ni emballés par quelques couches de graphène. Le NP Ni est de ~ 20 nm de diamètre. La GS est ~ 10 nm d’épaisseur. L’espacement de la couche est mesuré à 0,34 nm. Barre d’échelle : 5 nm. Mappage (D) EDS de catalyseur de NiN-GS. Trois Ni NPs ont été observés à l’image de la tige sur le panneau de gauche, qui est conforme à l’image de mappage Ni avec l’un de la SNPP, indiquée par le cercle jaune. Ni des signaux ont été détectés dans des zones éloignées de la SNPP, démontrant l’intégration réussie des atomes Ni dans des couches de graphène. Barre d’échelle : 20 nm. Ce chiffre a été modifié de référence 19 avec la permission du droit d’auteur de Elsevier 2017. S’il vous plaît cliquez ici pour visionner une version agrandie de cette figure.
Figure 2 : tomodensitométrie sonde atome de catalyseur NiN-GS. (A) le plan 2D atome de NiN-GS. Barre d’échelle : 10 nm. (B) la vue 2D projetée des atomes de Ni. Les espaces verts représentent des zones riches Ni (> 50 %). Loin des sources de Ni, il y a encore un nombre important d’atomes Ni dispersés dans la région de carbone. Barre d’échelle : 10 nm. (C) la carte de contour de concentration Ni avec un intervalle de 2 %. (D) zoomé latérale (en haut) et vue de dessus (en bas) graphène couches avec Ni atomes coordonnés dans les postes vacants. Un seul atome de Ni est directement coordonnée avec un atome d’azote. Barreaux de l’échelle : 1 nm. (E) carte de atom de la zone sélectionnée l' Figure 2 a , comme souligné par le cercle jaune. Barre d’échelle : 5 nm. (F) la statistique de la zone sélectionnée à la Figure 2E. La plupart des atomes Ni sont morphologiquement single-atom, et 0,2 % d'entre eux sont coordonnés avec les atomes d’azote. Ce chiffre a été modifié de référence 19 avec la permission du droit d’auteur de Elsevier 2017. S’il vous plaît cliquez ici pour visionner une version agrandie de cette figure.
Figure 3 : le GC mesure mis en place et un représentant exemple pour démontrer l’ensemble du processus de mesure FE. (A) 1. Contrôle du débit massique (MFC) pour un précision 50 sccm CO2 débit. 2. CO2 gaz s’écoule dans la cellule. 3. CO2 gaz s’écoule du réacteur réunissant des gaz produits. 4. le mélange de gaz remplit la boucle d’échantillonnage de GC en permanence. 5. le débit de gaz en continu est surveillé par les bulles générées dans le verre. (B) chronoampérométrie du CO2 réduction sous -0,82 V vs RHE. (C, D) TCD et FID réponses aux produits gaz. (E, F) TCD et FID étalonnage gaz standard. (G) CVs de NiN-GS en CO2 et N2 saturé électrolyte, ce qui suggère une autre voie réactionnelle lorsque le CO2 est présent. (H) FEs de H2 et CO sous différents potentiels appliqués NiN-GS. Ce chiffre a été modifié de référence 19 avec la permission du droit d’auteur de Elsevier 2017. S’il vous plaît cliquez ici pour visionner une version agrandie de cette figure.
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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 Figure 1 b. Ni nanoparticules sont uniformément distribués dans les nanofibres de carbone. Les atomes de carbone alliés avec Ni sous haute température seraient précipiter et ont catalysé à des couches de graphène de forme sur la surface métallique Ni pendant le processus de refroidissement. Une observation plus étroite de la SNPP Ni par tige, correction de l’aberration dans la Figure 1 montre que, le NP est hermétiquement encapsulé par quelques couches (~ 10 nm) du graphène tel que confirmé par l’espacement de la couche moyenne de ~ 0,34 nm. Aucune Ni les clusters ont été observés au sein de la GS. Cette coque empêche le NP Ni d’un contact direct avec l’électrolyte aqueux et peut lui supprimer donc considérablement. L’existence des atomes Ni dans la couche de surface a été confirmée par la cartographie de spectroscopie (EDS) rayons x dispersive en énergie dans la Figure 1. L’image de Z-contraste tige sur le panneau de gauche montre trois zones lumineuses représentant trois Ni NPs, l’un d'entre eux fait remarquer par le cercle jaune. Le Ni cartographie image (marquée par les points verts), en plus de régions NP avec des signaux de concentré, Ni pics a aussi détecté dans les zones voisines de carbone, démontrant l’intégration réussie des atomes Ni dans le GS. N le dopage ici joue un rôle essentiel dans la création de défauts dans les couches de graphène, qui permet de capter et de lier un nombre important d’atomes Ni dans le GS. Ceux des atomes Ni au sein des couches de graphène dans NiN-GS a montré les États d’oxydation distinctement différente de NPs Ni traité ci-dessous par spectroscopie photoélectronique des rayons x, ce qui suggère l’accordage réussie de structures électroniques Ni et donc la possible coordonnés réglage du son activité catalytique. En outre, ces atomes piégés dans la matrice de graphène clos Ni ne peuvent être facilement déplacés pendant des applications pratiques, qui contourne les reconstructions structurales de catalyseur dans des conditions de réaction sévère.
Bien que certaines études antérieures ont suggéré CO2-à-CO catalyse sur métal-azote-carbone sites, quelques éléments de preuve à ce jour a été signalé pour démontrer la morphologie unique-atome ou l’environnement de la coordination des sites actifs. Dans les présentes, une preuve directe de la Ni atomes coordonnés en graphène postes vacants est obtenue par la trois dimensions (3D) atome atomique-résolution sonde tomographie (APT) caractérisation, qui est en mesure de révéler si ces atomes Ni sont simple-atomes isolés ou petits groupes, et que ces sites atomiques Ni soient coordonnées avec N ou non. L’image 2D projetée de la tomographie 3D de catalyseur de NiN-GS a été montré dans la Figure 2 a. Chaque pixel représente un seul atome. Comme illustré à la Figure 2 b, loin des zones avec concentré Ni NPs, il y a également un nombre important d’atomes Ni dispersée en carbone, conforme à notre cartographie EDX dans la Figure 1. La carte de contour avec un intervalle de 2 % dans la Figure 2 fournit des informations de distribution détaillée d’atomes Ni dans le catalyseur, avec des concentrations d’atome Ni diminution loin des sources de Ni. Environnement de coordination locale des atomes Ni a été montré en prenant un regarder de plus près de couches de graphène en Figure 2D. Il n’y a Ni quelques atomes coordonnés en graphène postes vacants, fournissant une preuve directe du site atomique Ni unique. Aucune Ni les clusters ont été observés. En outre, nous avons également remarqué qu’il y a un atome Ni coordonnée avec un atome d’azote en vacance de graphène, ce qui suggère un faible ratio de Ni sites atomiques en coordination avec les atomes d’azote. Plus d’informations sur la coordination environnante de Ni sites atomiques peuvent être extraites des statistiques et l’analyse quantitative (Figure 2F). La zone sélectionnée avec les atomes de Ni dispersées est indiquée par le cercle jaune dans la Figure 2 a et agrandie en Figure 2E. Parmi tous les atomes Ni dans ce domaine, 83 % d'entre eux sont dans les atomes simples, sans voisins atomes Ni moins 2,2 Å. En outre, dans ces atomes Ni, 0,2 % seulement d'entre eux sont directement coordonnés avec un voisin N (moins de 2 Å), ce qui suggère que la plupart des sites atomiques Ni sont coordonnée avec les atomes de carbone. Approche expérimentale plus détaillée, notamment axés sur le rayonnement synchrotron x-ray absorption spectroscopy caractérisation, in situ électrochimique a atténué les spectres infrarouges de réflexion totale (ATR-IR) avec CO comme sonde de surface, ainsi que d’autres expériences de contrôle des simulations théorie de la fonctionnelle (DFT) conception et densité de CO2-pour-réduction de CO de moitiés de coordination différents, sont effectués pour sonder globalement les sites d’atome de centre actif de Ni et ces résultats peuvent être consultés dans Jiang, K. et al. 19.
La performance de2RR CO électrocatalytique de catalyseur de NiN-GS, drop coulée sur le collecteur de courant de carbone vitreux, est réalisée en 0,1 M KHCO3 électrolyte dans une H-cellule personnalisée. Gaz produits sont analysés par GC à étapes possibles de 100 mV et plus zoomé sur 50 mV autour du pic de FE. Notez que la concentration des produits de gaz peut être ajustée en changeant la vitesse d’écoulement gaz CO2 (étape 2.2.4) et par conséquent les mesures FE peuvent être précis même pour faibles courants. Passer le test de chronoampérométrique de CO2 réduction sous -0,82 V vs RHE par exemple (Figure 3 b), après l’écoulement du gaz passe en boucle d’échantillonnage, H2 est détecté à ~5.5 min par TCD, and CO est détectée à ~ 12 min par FID, correspondant à un CO FE de ~ 93 % et H2 r & d d’environ 12 %. Compte tenu de la distribution de produits diverse CO2RR, la configuration actuelle de GC en ligne donc fournit des renseignements précieux sur l’échappement de suivi en temps réel contenu durant l’électrolyse.
En résumé, nous avons démontré une méthode pour incorporer des atomes de métaux de transition dans une matrice à deux dimensions bien définie et tuning efficacement leurs structures électroniques et favorisant ainsi les voies de2RR CO désirées. Le protocole d’analyse des produits CO2RR gaz fournit une méthode détaillée et standard pour mesurer avec précision le rendement faradique de chaque produit. Étant donné la grande variété d’applications de catalyseur seul atome, le présent protocole, comprenant la préparation facile de catalyseur et analyse en ligne de produits fournit une plate-forme importante pour la conception de divers catalyseurs d’atome de robuste des métaux de transition à s’acquitter de plus efficace d’énergie renouvelables conversion chimique industrielles demandes et.
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Acknowledgments
Ce travail a été soutenu par le Rowland Fellows Program à l’Université de l’Institut de Harvard de Rowland. Ce travail a été effectué en partie au Centre pour échelle nanométrique Systems (CNS), un membre du réseau National de Infrastructure nanotechnologie, qui est soutenu par la National Science Foundation sous prix aucun. ECS-0335765. Le CNS appartient à l’Université Harvard.
Materials
| Name | Company | Catalog Number | Comments |
| syringe pump | KD Scientific | KDS-100 | |
| tube furnance | Lindberg/Blue M | TF55035A-1 | |
| ball miller | SPEX SamplePrep | 5100 | |
| electrochemical work station | BioLogic | VMP3 | |
| pH meter | Orion | 320 PerpHecT | 2 points calibration before use |
| gas chromatograph | Shimadzu | GC-2014 | a combined seperation system consisting of molecular sieve 5A, Hayesep Q, Hayesep T, and Hayesep N |
| mass flow controller | Alicat Scientific | MC-50SCCM-D/5M | |
| ultrapure water system | Millipore | Synergy | |
| vacuum desiccator | 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 | |
| dimethylformamide | Sigma-Aldrich | 227056 | |
| carbon fiber paper | AvCarb | MGL370 | |
| Nafion 117 membrane | Fuel Cell Store | 117 | used as proton exchange membrane in H-cell |
| KHCO3 | Sigma-Aldrich | 431583 | further purified by electrolysis |
| platinum foil | Beantown Chemical | 126580 | |
| saturated calomel electrode | CH Instruments | CHI150 | |
| glassy carbon electrode | HTW GmbH | SIGRADUR | 1 cm × 2 cm |
| wax | Apiezon | W-W100 | |
| Nafion 117 solution | Sigma-Aldrich | 70160 | used as ionomer in catalyst ink preparation |
| forming gas | Airgas | UHP | 5% H2 balanced with Ar |
| carbon dioxide | Airgas | LaserPlus | |
| sandard gas | Airgas | customized | 500 ppm CO, 500 ppm CH4, 1000 ppm H2 balanced with Ar |
| sandard gas | Air Liquide | customized | 100 ppm H2, 100 ppm CO and other alkanes balanced with Ar |
References
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