パルス電位印可によるCu触媒電極のCO2電解還元における反応機構の実験的解明

脉冲电位对铜催化剂电极 CO2 电还原反应机理的实验阐明

基本信息

批准号：
22K05301
负责人：
高辻義行
金额：
$ 2.58万
依托单位：
Kyushu Institute of Technology
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
财政年份：
2022
资助国家：
日本
起止时间：
2022-04-01 至 2026-03-31
项目状态：
未结题

来源：
https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-22K05301/
关键词：
パルス電位制御二酸化炭素電解還元 CO2 電解還元パルス

项目摘要

パルスで電位印加する際に気を付ける点は、電位を設定電位まで一瞬で操作することによる非ファラデー電流の存在である。非ファラデー電流はファラデー効率の算出には加えないことが理想であるが、非ファラデー電流とファラデー電流の区別をすることができない。また、電位のパルス印加から自然電位に戻す際に酸化電流が流れるが、その電流が非ファラデー電流だけ確証はなく、酸化電流が流れた際には、触媒電極が変化する可能性がある。そこで酸化電流が流れないようにパルスを電位制御と電流制御とで比較することを試みた。電流制御の場合、自然電位まで電位が戻ることはないが、酸化電流が流れないように制御することが可能となる。目的の電位まで到達した際に流れる電流を測定し、同じ条件になるように、同じ条件になるように電位制御と電流制御で比較を行った。電位制御と電流制御ではCO2電解還元の生成物選択性が異なることが明らかとなった。制御機構は異なるが、結果として同じ電流が流れるように制御できているにも関わらず、CO2電解還元の生成物選択性が異なる理由は、ＩＲドロップの影響が大きいためであると考えられる。電位制御の際は、設定電位にまで印加電位を急激に変化させるが、電流制御は目的に電流が流れるまで電位を操作することになる。そのため、同じ大きさの電流が流れていても到達した電位が異なる状態が生じる。その結果、電流制御で行った場合は、反応電子のほとんどがCO2電解還元よりも小さなエネルギーで生じる水素発生の消費されてしまい、CO2電解還元反応が進まない状況が生まれてしまう。これらの結果を踏まえ、酸化電流が流れない電位でパルス電位印加を行うことが重要である。

当用脉冲应用电势时，要注意的一件事是通过立即操纵电位直至设定电位的电势而存在非瓦拉迪电流。理想的是，非瓦拉迪电流未添加到法拉第效率的计算中，但是不可能区分非瓦拉迪电流和法拉第电流。此外，当应用电势恢复到自然电位时，氧化电流流动，但是没有确认电流为非赛车电流，当氧化电流流动时，催化剂电极可能会改变。因此，我们试图比较电势控制和电流控制之间的脉冲，以免氧化电流流动。在电流控制的情况下，电势不会恢复到自然电位，而是可以控制氧化电流不会流动的。测量达到目标电势时的电流流动，并使用电势控制和电流控制进行比较，以达到相同的条件。已经揭示了二氧化碳电解还原的乘积选择性在电势控制和电流控制之间有所不同。尽管控制机制不同，但尽管控制控制机制受控以允许相同的电流流动的事实，但二氧化碳电解还原降低的产品选择性的原因很可能是因为CO2电解降低的乘积选择性很大。在控制电势时，施加的电势会迅速更改为设定电势，但是电流控制需要控制电势直到电流流动。因此，即使相同大小的电流流动，电势也有所不同。结果，当反应电子由电流控制时，大多数反应电子被氢的产生消耗，该电子由小于CO2电解性还原的能量产生，从而导致二氧化碳电解还原反应不进行的情况。考虑到这些结果，重要的是要在没有氧化电流流动的电势上应用脉冲电位。