Электрохимическое восстановление диоксида углерода до формиата в сажевом газодиффузионном электроде с оловянным катализатором

Обложка

Цитировать

Полный текст

Открытый доступ Открытый доступ
Доступ закрыт Доступ предоставлен
Доступ закрыт Только для подписчиков

Аннотация

Проведено тестовое исследование гидрофобизированного газодиффузионного электрода с оловянным катализатором, нанесенным на ацетиленовую сажу А437Э с целью выявления его потенциальных возможностей интенсификации процесса электровосстановления СО2 до формиата в кислых и щелочных водных растворах. Были исследованы пористые электроды с содержанием фторопласта 40 мас. %, толщиной 0.5 мм, пористостью 60 об. % и содержанием олова ≈0.7 мг/см2 относительно габаритной поверхности электрода. Показано, что на данном типе электродов возможно проводить электровосстановление СО2 при плотности тока до 900 мА/см2, при температурах 25–55°C с выходом формиата по току от 74 до 96%. При электролизе в течение 4 ч с плотностью тока 190 мА/см2 получен раствор формиата калия с концентрацией 1.58 М. При этом наблюдалось увеличение емкости двойного электрического слоя от 7 до 17 мФ/см2 и уменьшение выхода по току с 96 до 58%.

Полный текст

Доступ закрыт

Об авторах

Г. А. Колягин

Институт химии и химической технологии СО РАН, Федеральный исследовательский центр “Красноярский научный центр СО РАН”

Автор, ответственный за переписку.
Email: kolyagin@icct.ru
Россия, Академгородок, 50, стр. 24, Красноярск, 660036

О. П. Таран

Институт химии и химической технологии СО РАН, Федеральный исследовательский центр “Красноярский научный центр СО РАН”

Email: taran.op@icct.krasn.ru
Россия, Академгородок, 50, стр. 24, Красноярск, 660036

Список литературы

  1. Корниенко, В.Л., Колягин, Г.А., Таран, О.П. Электрокаталитическое восстановление диоксида углерода до муравьиной кислоты на газодиффузионных электродах на основе Sn и Bi в водных средах (обзор). Электрохимия. 2022. Т. 58. С. 443. [Kornienko, V.L., Kolyagin, G.A., and Taran, O.P., Electrocatalytic reduction of carbon dioxide to formic acid on Sn- and Bi-based gas-diffusion electrodes in aqueous media (a Review), Russ. J. Electrochem., 2022. vol. 58. p. 647.]
  2. Xiang, H., Miller, H., A., Bellini, M., Christensen, H., Scott, K., Rasul, S., and Yu, E. H., Production of formate by CO2 electrochemical reduction and its application in energy storage, Sustainable Energy and Fuels, 2020, vol. 4, p. 277.
  3. Fernández-Caso, K., Díaz-Sainz, G., Alvarez-Guerra, M., and Irabien, A., Electroreduction of CO2: advances in the continuous production of formic acid and formate, ACS Energy Lett., 2023, vol. 8, p. 1992.
  4. Chatterjee, S., Dutta, I., Lum, Y., Lai, Z., and Huang, K-W., Enanling storage and utilization of Low – carbon electricity: power to formic acid, Energy Environmental Sci., 2021, vol. 14, p. 1194.
  5. Oßkopp, M., Lowe, A., Lobo, C. M. S., Baranyai, S., Khoza, T., Auinger, M., and Klemm, E., Producing formic acid at low pH values by electrochemical CO2 reduction, Journal of CO2 Utilization, 2022, vol. 56, p. 101823.
  6. Löwe, A., Rieg, C., Hierlemann, T., Salas, N., Kopljar, D., Wagner, N., and Klemm, E., Influence of temperature on the performance of gas diffusion electrodes in the CO2 reduction reaction, ChemElectroChem, 2019, vol. 6, p. 4497.
  7. Leonard, M. E., Clarke, L. E., Forner-Cuenca, A., Brown, S. M., and Brushett, F. R., Investigating Electrode Flooding in a Flowing Electrolyte, Gas-Fed Carbon Dioxide Electrolyzer, ChemSusChem, 2020, vol. 13, p. 400.
  8. Daele, K.V., Mot, B. D., Pupo, M., Daems, N., Pant, D., Kortlever, R., and Breugelmans, T., Sn-based electrocatalyst stability: a crucial piece to the puzzle for the electrochemical CO2 reduction toward formic acid, ACS Energy Lett., 2021, vol. 6, p. 4317.
  9. Колягин, Г.А., Таран, О.П. Электрохимическое восстановление диоксида углерода до формиата в кислом электролите в сажевом газодиффузионном электроде со свинцовым катализатором. Электрохимия. 2023. Т. 59. С. 606. [Kolyagin, G.A. and Taran, O.P., Carbon dioxide electroreduction to formate in acid electrolytes in the acetylene black gas-diffusion electrode with lead catalyst, Russ. J. Electrochem., 2023, vol. 59, p. 764.]
  10. Колягин, Г.А., Корниенко, В.Л. Влияние содержания политетрафторэтилена в композиционных пористых углеродных материалах на их структурные и электрохимические характеристики на примере процесса восстановления кислорода до пероксида водорода. Электрохимия. 2020. Т. 56. С. 520. [Kolyagin, G.A. and Kornienko, V.L., The effect of polytetrafluoroethylene content in porous carbon materials on their structural and electrochemical characteristics by the example of oxygen reduction to hydrogen peroxide, Russ. J. Electrochem., 2020, vol. 56, p. 485.]
  11. Бауэр, К. Анализ органических соединений, М.: Изд-во иностр. лит., 1953. 488 с. [Bauer, K., Analysis of organic compounds (in Russian), M.: Publ. house of foreign literature, 1953. 488 p.]

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать
2. Рис. 1. Схематическое изображение ячейки-электролизера. 1 – газовая камера, 2 – ГДЭ, 3 – фторопластовые обоймы, 4 – платиновый противоэлектрод, 5 – катионообменная мембрана МФ-4СК-100, 6 – термометр, 7 – патрубок для отвода газообразных продуктов, 8 – капилляр Луггина, 9 – подача СО2 или инертного газа, 10 – термостатирующая рубашка, 11, 12 – катодная и анодная камеры.

Скачать (67KB)
Метаданные
3. Рис. 2. Поляризационные кривые в 0.5 М КНСO3 при 25°С в атмосферах: 1 – СО2; 2 – аргона.

Скачать (48KB)
Метаданные
4. Рис. 3. Влияние времени электролиза на ВТ (1) и концентрацию формиата (2) в католите. Плотность тока – 190 мА/см2. Условия эксперимента приведены в таблице 1.

Скачать (60KB)
Метаданные
5. Рис. 4. Зависимость плотности тока заряжения двойного слоя от скорости развертки потенциала. 1 – в начале эксперимента, 2 – после 4 ч электролиза.

Скачать (53KB)
Метаданные

© Российская академия наук, 2024