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。

在脉冲中施加电位时需要注意的一点是，由于瞬时将电位操纵到设定电位，因此存在非法拉第电流。理想情况下，非法拉第电流不应添加到法拉第效率的计算中，但无法区分非法拉第电流和法拉第电流。此外，在施加电位脉冲后，当电位恢复到自然电位时，会流过氧化电流，但不能确定该电流是非法拉第电流，并且存在催化电极发生变化的可能性。氧化电流流动。因此，我们尝试比较脉冲电位控制和电流控制以防止氧化电流流动。在电流控制的情况下，虽然电位没有返回到自然电位，但是可以控制氧化电流使其不流动。测量达到目标电位时流过的电流，并对电位控制和电流控制进行比较，以确保相同的条件。很明显，CO2 电还原的产物选择性在电位控制和电流控制之间是不同的。尽管控制机制不同，但结果是，即使流过相同的电流，CO2电解还原的产物选择性也不同，原因被认为是IR降的影响较大。在电势控制中，所施加的电势快速改变为设定电势，但在电流控制中，操纵电势直到期望的电流流动。因此，即使流过相同大小的电流，所达到的电位也可能不同。结果，当使用电流控制时，大部分反应电子被消耗在氢气的生成中，而氢气的生成能量比CO2电解还原时的能量少，导致CO2电解还原反应无法进行的情况。基于这些结果，重要的是施加不流过氧化电流的电位的脉冲电位。