Zn-Based Metal-Organic Frameworks Derived Materials for High-Efficient Carbon Dioxide Electrochemical Reduction
La combustió excessiva de combustibles fòssils té com a resultat l'emissió de diòxid de carboni (CO2), que està desencadenant problemes ambientals creixents, com ara l'escalfament global, l'augment del nivell del mar, el clima extrem i l'extinció d'espècies. Per tant, les te...
| Autor: | |
|---|---|
| Tipo de recurso: | tesis doctoral |
| Fecha de publicación: | 2021 |
| País: | España |
| Institución: | Universitat Autònoma de Barcelona |
| Repositorio: | Dipòsit Digital de Documents de la UAB |
| Idioma: | inglés |
| OAI Identifier: | oai:ddd.uab.cat:257689 |
| Acceso en línea: | https://ddd.uab.cat/record/257689 |
| Access Level: | acceso abierto |
| Palabra clave: | Estructures metal·lorgàniques Estructuras metalorgánicas Metal-organic frameworks Electrocatàlisi Electrocatálisis Electrocatalysis Reducció Co2 Reducción Co2 Co2 Reduction Ciències Experimentals |
| Sumario: | La combustió excessiva de combustibles fòssils té com a resultat l'emissió de diòxid de carboni (CO2), que està desencadenant problemes ambientals creixents, com ara l'escalfament global, l'augment del nivell del mar, el clima extrem i l'extinció d'espècies. Per tant, les tecnologies per a la conversió de CO2 en altres productes de valor estan jugant un paper vital per eliminar la concentració de CO2 a l'atmosfera. En aquest sentit, la conversió electroquímica de CO2, alimentat per energia renovable, en productes químics útils es considera una solució elegant per aconseguir el cicle del carboni. Tanmateix, a causa de la interioritat de les molècules de CO2 i de la reacció competitiva d'evolució d'hidrogen (HER), els principals reptes de CO2 RR són l'elevat requeriment de sobrepotencial associat a una termodinàmica desfavorable i una baixa eficiència faradaica (FE) per a un producte concret. Per tant, buscar un electrocatalitzador d'alta eficiència i econòmic és raonable i necessari per a aplicacions pràctiques. En les darreres dècades, els marcs metal·lorgànics (MOF) van absorbir les enormes consideracions en el camp de l'electrocatàlisi a causa de la seva gran superfície específica, una rica estructura de porus i llocs actius uniformement dispersos. Tot i que tenen un gran potencial en electrocàlisi, la majoria dels materials MOF encara pateixen una activitat insuficient, baixa conductivitat i poca estabilitat, cosa que dificultaria les seves aplicacions pràctiques. Especialment, en el camp del CO2 RR, s'han de tenir en compte molts paràmetres importants, inclosa una alta eficiència faradaica (FE), l'excessiu baix sobrepotencial, una gran densitat de corrent i una estabilitat robusta, entre d'altres. Per tant, el disseny racional dels MOF per complir els requisits anteriors tant com sigui possible és crucial per explotar el seu futur en aplicacions de CO2 RR. Per tant, en aquesta dissertació, vam fer molts esforços per desenvolupar catalitzadors basats en MOFs/derivats amb una eficiència, activitat i estabilitat superiors per augmentar el rendiment del CO2 RR. Aquesta dissertació es divideix en 5 capítols: El capítol 1 presenta les idees sobre els conceptes fonamentals sobre CO2 RR electroquímic, que inclou la cèl·lula fonamental de CO2 RR electroquímica, que revisa els productes de reducció comuns i les seves vies senzilles. En aquest capítol també es presenta la visió general de paràmetres importants que afecten el CO2 RR, inclosos diferents catalitzadors dels darrers anys i electròlits, i les mètriques rellevants que avaluen els electrocatalitzadors, així com les limitacions de la reducció electroquímica de CO2. El capítol 2 tracta de la fabricació de ZIF-8 modificat a la superfície com a elèctrode basat en MOFs per a un CO2 RR electroquímic per generar CO. En aquest treball, hem modificat la superfície del MOF ZIF-8 a partir d'introduir un petita proporció d'àcid 2,5-dihidroxyterephthalic (DOBDC), aconseguint una densitat de corrent de CO 2,5 vegades superior i una eficiència faradaica augmentada. Al capítol 3, s'utilitza una ruta fàcil per introduir grups que contenen O enllaçats axialment en un catalitzador Fe-N-C mitjançant piròlisi de marcs orgànics metàl·lics basats en Zn dopats amb Fe (IRMOF-3), formant àtoms individuals de Fe molt dispersos amb llocs actius de HO-FeN4. A causa de la modulació de l'entorn local induïda per aquests grups -OH, el catalitzador D-Fe-N-C presenta una activitat CO2 RR millorada, que inclou una alta selectivitat amb una eficiència faradaica de CO, i una estabilitat robusta , que és superior a la dels llocs FeN4 normals reportats sense grups -OH. Al capítol 4, vam proposar la introducció d'àtoms de Fe en catalitzadors de Ni-N-C per produir catalitzadors amb àtoms individualitzats (Ni/Fe-N-C) de doble metall (bimetàl·lics) de cara al CO2 RR per aconseguir una alta selectivitat i activitat simultàniament. Finally, Chapter 5 summarizes the general conclusions. |
|---|