將二氧化碳 (CO2) 電化學(xué)還原為乙醇是減緩全球變暖和資源利用的有前景的策略。然而，由于 C─C 耦合和多次質(zhì)子-電子轉(zhuǎn)移的復(fù)雜性，CO2 到乙醇的轉(zhuǎn)化仍然是一個(gè)巨大的挑戰(zhàn)，具有低活性和選擇性。本文報(bào)道了一種 P 摻雜的石墨烯氣凝膠作為 CO2還原制乙醇的自支撐電催化劑。在 -0.8 VRHE 下實(shí)現(xiàn)了 48.7% 的最高法拉第效率 (FE) 和 70 小時(shí)的長(zhǎng)期穩(wěn)定性。同時(shí)，可以獲得 14.62 μmol h
-1 cm
-2 的出色乙醇產(chǎn)率，優(yōu)于大多數(shù)報(bào)道的電催化劑。原位拉曼光譜表明吸附的 *CO 中間體在 CO2 到乙醇的轉(zhuǎn)化中的重要作用。此外，密度泛函理論計(jì)算揭示了乙醇形成的可能活性位點(diǎn)和最佳途徑。 P摻雜的石墨烯鋸齒形邊緣增強(qiáng)了*CO中間體的吸附，增加了*CO在催化劑表面的覆蓋率，促進(jìn)了*CO的二聚化，促進(jìn)了EtOH的形成。此外，P摻雜石墨烯氣凝膠的分層孔結(jié)構(gòu)暴露了豐富的活性位點(diǎn)并促進(jìn)了質(zhì)量/電荷轉(zhuǎn)移。這項(xiàng)工作為設(shè)計(jì)用于 CO2 電還原液體產(chǎn)品的無(wú)金屬催化劑提供了創(chuàng)造性的見(jiàn)解。
Figure 1. a）合成過(guò)程的示意圖。 b) SEM 圖像，c) TEM 圖像（插圖 HR-TEM 圖像），和 d) PGA-2 的 EDS 映射。 e) XRD 圖案和 f) 所有樣品的 P 2p 的高分辨率 XPS 光譜。
Figure 2. a) 所有樣品在 CO2 飽和的 0.5 M KHCO3 溶液中測(cè)試的 LSV 曲線(xiàn)。所有產(chǎn)品在 b) PGA-1、c) PGA-2 和 d) PGA-3 上的不同電位的 FE。 e) EtOH 產(chǎn)率與不同催化劑的比較。 f) PGA-2 的穩(wěn)定性測(cè)試。 g) PGA-2 在 H 池和流通池中測(cè)試的 LSV 曲線(xiàn)。 h) EtOH FE 和流動(dòng)池中 PGA-2 的產(chǎn)率。
Figure 3. a) PGA-2 上 CO2 飽和的 0.5 M KHCO3 溶液中的電位依賴(lài)性和 b) 時(shí)間依賴(lài)性原位拉曼光譜。
Figure 4. *CO 與基本板之間局部電荷密度差異的俯視圖和側(cè)視圖 a) P1@ZZG 和 b) P2@ZZG （左圖沒(méi)有等值面，右圖有等值面。黃色和藍(lán)綠色代表電子的積累和耗盡。等值 = 0.001；顏色代碼：P，紫色；H，白色；O，紅色；C，棕色）。 c) 在 U = 0 V 時(shí)，在 P2@ZZG 上將 CO2 還原為 EtOH 的三種可能反應(yīng)途徑的自由能圖
相關(guān)研究工作由南昌大學(xué)Jun Wang課題組于2022年在線(xiàn)發(fā)表于《Advanced Science》期刊上，原文：Phosphorus-Doped Graphene Aerogel as Self-Supported Electrocatalyst for CO
2-to-Ethanol Conversion。
