Die elektrochemische Umwandlung von CO2 in chemische Mehrwertbrennstoffe, angetrieben durch erneuerbare elektrische Energie, spielt eine Rolle bei der Reduzierung der Netto-CO2-Emissionen und bei der Reduzierung des Energieverbrauchs.
Obwohl bei der CO2-Elektroreduktion erhebliche Fortschritte erzielt wurden, kann die Karbonatbildung zu erheblichen CO2-Verlusten führen. Die CO2-Umwandlung in sauren Elektrolyten ist eine attraktive Möglichkeit, das Problem des CO2-Verlusts zu überwinden, die selektive Reduktion bleibt jedoch eine Herausforderung.
In einer Studie veröffentlicht in Energie- und Umweltwissenschaftenhat ein Forschungsteam des Shanghai Advanced Research Institute (SARI) der Chinesischen Akademie der Wissenschaften eine Cu-Hohlfaser-Penetrationselektrode entwickelt, um CO2 in starker Säure elektrolytisch zu reduzieren und dabei die Wasserstoffentwicklungsreaktion (HER) wirksam zu hemmen.
Aufgrund des einzigartigen Penetrationseffekts, der durch Cu-Hohlfasern hervorgerufen wird, wurden den aktiven Cu-Zentren reichlich CO2-Moleküle zugeführt. Die Cu-Oberfläche verfügte über eine ausreichend hohe CO2-Bedeckung, die HER unterdrückte und die CO2-Reduktion zu C2+-Produkten erleichterte.
So wurde in saurer Lösung (pH = 0,71) eine CO2-Single-Pass-Umwandlungsrate von über 51 % mit einem C2+-Faraday-Wirkungsgrad von 73,4 % und einer Teilstromdichte von 2,2 A cm-2 erreicht. Die Leistung der Cu-Eindringelektrode kam der der modernen Katalysatoren auf Cu-Basis nahe oder übertraf sie sogar.
Diese Arbeit stellt einen Fortschritt bei der Gestaltung und Entwicklung neuer Elektrodenkonfigurationen dar, um die CO2-Elektroreduktion zu hochwertigen C2+-Chemikalien mit skalierbaren Anwendungen zu realisieren.
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Chang Zhu et al., Selektive CO2-Elektroreduktion zu Multikohlenstoffprodukten mit mehr als 2 A cm−2 in starken Säuren über eine Hohlfaser-Cu-Eindringelektrode, Energie- und Umweltwissenschaften (2023). DOI: 10.1039/D3EE02867D