19.07.2022 - Dalian Institute of Chemical Physics

Katalysatoren auf Einzelatombasis für die elektrochemische CO₂-Reduktion

Ein umfassender Überblick über die jüngsten Fortschritte bei der CO₂RR unter Verwendung von SACs

Der Verbrauch herkömmlicher fossiler Brennstoffe (Kohle, Erdgas, Erdöl) hat zu einem Anstieg der CO2-Konzentration in der Luft geführt, die für den globalen Klimawandel verantwortlich ist. Die elektrochemische CO2-Reduktionsreaktion (CO2RR) unter Verwendung erneuerbarer Energien hat sich als vielversprechender Ansatz für die Umwandlung von CO2 in Kraftstoffe und Chemikalien mit hohem Mehrwert erwiesen. Die CO2RR wird jedoch durch mehrere Probleme erschwert, darunter die stabile C=O-Bindung (806 kJ/mol) in CO2, die konkurrierende Wasserstoffentwicklungsreaktion, die geringe Löslichkeit von CO2 in wässrigen Elektrolyten und die Selektivität für mehrere Produkte. Katalysatoren auf der Basis von Einzelatomen (SACs), einschließlich heterogener Einzelatomkatalysatoren und molekularer Katalysatoren, sind vielversprechende Materialien für die CO2-Reduktion, da sie starke Wechselwirkungen zwischen Einzelatomen und Trägern, eine maximale Metallausnutzung, eine ausgezeichnete katalytische Aktivität und eine Einstellbarkeit der sterischen und elektronischen Eigenschaften der aktiven Stellen bieten. Heterogene SACs sind jedoch durch die Agglomeration von Partikeln, die geringe Metallbeladung und die Schwierigkeiten bei der Herstellung in großem Maßstab eingeschränkt, während molekulare Katalysatoren im Allgemeinen unter mäßiger Aktivität, Stabilität und schlechter elektrischer Leitfähigkeit leiden.

Kürzlich hat ein Forschungsteam unter der Leitung von Prof. Chuan Zhao von der University of New South Wales, Australien, einen umfassenden Überblick über die jüngsten Fortschritte bei der CO2RR mit SACs gegeben. Der Bericht fasst die Herstellungsstrategien von SACs zusammen und hebt die hervorragenden elektrokatalytischen Eigenschaften von SACs bei der CO2-Reduktion hervor. Es werden die neuesten Entwicklungen bei der Ex-situ- und In-situ/Operando-Charakterisierung erörtert, um die aktiven Stellen zu untersuchen, den CO2-Reduktionsmechanismus zu erforschen und die Beziehung zwischen Katalysatorstruktur und -aktivität zu untersuchen. Es werden auch Zukunftsperspektiven und Herausforderungen für die CO2RR aufgezeigt.

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