這里采用改性多元醇法合成了精確可控的花蕾至花朵形狀的納米級氧化亞銅（Cu2O）催化劑。當催化劑應用于氣體擴散電極時，其形狀的演變是影響催化劑層的關鍵因素，例如體積孔隙率和三相邊界接觸面積。數學和實驗研究表明，由于結構變化，反應物摩爾濃度增加，CO2傳質改善，從而影響電化學CO2還原反應過程。完全展開的Cu2O納米花催化劑與二維(2D)結構的石墨烯片相結合，形成了具有支架結構的催化劑層，該催化劑層在1 M KOH電解液中1.0 V外加電勢下，對CO的法拉第效率高達93.20%。這些研究發現建立了催化劑層性質和傳質之間的關系，在此基礎上還可以描述催化劑層的結構設計對電化學CO2RR性能的影響。
Figure 1. 用于eCO2RR 的CG電極方案。(a) 改進多元醇法合成CG；(b) 石墨烯層上的CG形成；(c) CG電極的GDE組件。(d)通過控制反應溫度從70°C到 90°C，CG 中Cu2O的形貌。
Figure 2. a-e) CG1-5 催化劑上Cu2O納米顆粒的 SEM 圖；樣品CG1-5組分的EDS圖；f-j) Cu 和 k-o) O 元素分布p-t）CGs1-5組裝電極的橫截面視圖的催化劑層厚度。
Figure 3. a) CG 催化劑層的比界面面積。b) CG、GDL、CL 在 -1.0 V vs. RHE 時的平均摩爾質量。c) -1.0 V vs. RHE 時GDL 中的平均 CO2 氣體流速。
Figure 4. a–e) CGs1–5 和 f) Cu2O在1 M KOH電解液中的法拉第效率曲線，用于 eCO2RR 的產物包括 CO（藍色）、甲酸鹽（綠色）和 H2（黃色）。
該研究工作由英國諾森比亞大學Xiaoteng Liu課題組于2021年發表在Applied Catalysis B: Environmental期刊上。原文：Cu2O nano-flowers/graphene enabled scaffolding structure catalyst layer for enhanced CO2 electrochemical reduction。
轉自《石墨烯研究》公眾號
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