Сүт қышқылы мен натрий додецилсульфаты қатысында электрхимиялық тұндырылған мыс пен күмістің көміртегі қос тотығын тотықсыздандыру қабілетін бағалау
DOI:
https://doi.org/10.18321/cpc24(2)197-209Кілт сөздер:
электртұндыру, сүт қышқылы, натрий додецилсульфаты, мыс, күміс, көміртегі қос тотығын электрхимиялық тотықсыздандыруАңдатпа
Мыс негізді катализаторлар CO2-ні электрхимиялық тотықсыздандыруда C–C байланысын түзу қабілетімен ерекшеленеді, алайда олардың талдағыштығы болу керек мен өнімділігі беттік құрылымға тәуелді. Осы жұмыста мыс және мыс-күміс құрылымдары сүт қышқылы (СҚ) және натрий додецилсульфаты (СДС) ортасында шыны көміртек бетінде электрхимиялық тұндыру арқылы алынды. Электртұндыру потенциалын теріс бағытқа жылжытқан сайын (−0,15 В-тан −0,35 В-қа) тоқ транзиентінің шыңы қысқа уақыт аймағына ығысып, шыңның тоқ тығыздығы артып (tmax: 0,67 → 0,01 c; jmax: 7,15 → 36,36 мА·см-2), сәйкесінше, нуклеация тығыздығын жоғарылатты. CO2-мен қанықтырылған 0,5 М NaHCO3 ерітіндісінде мыс-күміс электроды таза мыспен салыстырғанда жоғары белсенділік көрсетті: Тафель бұрыштық коэффициенті 389-дан 243 мВ·дек-1 дейін төмендеді, ал алмасу тоқ тығыздығы (j0) 17 есе артты. Электрхимиялық импеданстық спектроскопия нәтижелері қос электрлік қабат сыйымдылығының (Cdl) мыс-күміс электродында жоғары екендігін (4,39 мкФ) және поляризациялық кедергінің (Rp) таза мыс электродқа қарағанда 2,8 есе төмен екендігін айқындады. Зерттеу нәтижелері, мысты электрхимиялық тұндыруда оны күміспен түрлендіру тұндырылған материалдың көміртегі қос тотығын электрхимиялық тотықсыздандыруда каталитикалық белсенділігін күшейтетіндігін көрсетті.
Әдебиеттер тізімі
(1) J. Mertens, R. Belmans, M. Webber. Why the carbon-neutral energy transition will imply the use of lots of carbon. Journal of Carbon Research 6 (2020) 39. Crossref
(2) J. Mertens, C. Breyer, K. Arning, A. Bardow, R. Belmans, et al. Carbon capture and utilization: More than hiding CO₂ for some time. Joule 7 (2023) 442-449. Crossref
(3) J. Han, X. Bai, X. Xu, X. Bai, A. Husile, et al. Advances and challenges in the electrochemical reduction of carbon dioxide. Chemical Science 15 (2024) 7870-7907. Crossref
(4) X. Zhang, S.-X. Guo, K.A. Gandionco, A.M. Bond, J. Zhang. Electrocatalytic carbon dioxide reduction: from fundamental principles to catalyst design. Materials Today Advances 7 (2020) 100074. Crossref
(5) F. Yu, K. Deng, M. Du, W. Wang, F. Liu, et al. Electrochemical CO₂ reduction: From catalysts to reactive thermodynamics and kinetics. Carbon Capture Science & Technology 6 (2023) 100081. Crossref
(6) Y.Y. Birdja, E. Pérez-Gallent, M.C. Figueiredo, A.J. Göttle, F. Calle-Vallejo, et al. Advances and challenges in understanding the electrocatalytic conversion of carbon dioxide to fuels. Nature Energy 4 (2019) 732-745. Crossref
(7) S. Nitopi, E. Bertheussen, S.B. Scott, X. Liu, A.K. Engstfeld, et al. Progress and perspectives of electrochemical CO₂ reduction on copper in aqueous electrolyte. Chemical Reviews 119 (2019) 7610-7672. Crossref
(8) Q. Chen, X. Wang, Y. Zhou, Y. Tan, H. Li, et al. Electrocatalytic CO₂ reduction to C2+ products in flow cells. Advanced Materials 36 (2024) 2303902. Crossref
(9) Z. Gu, H. Shen, Z. Chen, Y. Yang, C. Yang, et al. Efficient electrocatalytic CO₂ reduction to C2+ alcohols at defect-site-rich Cu surface. Joule 5 (2021) 429-440. Crossref
(10) T. Guo, Z. Men, X. Wang, G. Yao, B. Liu, et al. Synergistic mechanism of eCO₂RR to ethanol on electrodeposited bimetallic CuAg catalyst. Applied Surface Science (2025) 165757. Crossref
(11) M. Xu, L. Huang, F. Zhang, J. Li, J. Kou, et al. Copper‐Silver Bimetallic Metal‐Covalent Organic Frameworks with Unique Intermediate Interlayer Transfer Effects for Enhanced Electrocatalytic CO₂ to Ethylene Conversion. Angewandte Chemie International Edition 65 (2025) e20496. Crossref
(12) S.C. Abeyweera, M. Simukaitis, Q. Wei, Y. Sun. Interfaced Ag/Cu nanostructures derived from metal thiolate nanoplates: A highly selective catalyst for electrochemical reduction of CO₂ to ethanol. SmartMat 3 (2022) 173-182. Crossref
(13) L.R.L. Ting, O. Piqué, S.Y. Lim, M. Tanhaei, F. Calle-Vallejo, et al. Enhancing CO₂ electroreduction to ethanol on copper–silver composites by opening an alternative catalytic pathway. ACS Catalysis 10 (2020) 4059-4069. Crossref
(14) C. Wang, C. Wang, Z. Xiong, J. Wang, W. Zhang, et al. Silver modified copper foam electrodes for enhanced reduction of CO₂ to C2+ products. Materials Advances 3 (2022) 4964-4972. Crossref
(15) K.K. Maniam, M. Maniam, L.A. Diaz, H.K. Kukreja, A.I. Papadopoulos, et al. Progress in electrodeposited copper catalysts for CO₂ conversion to valuable products. Processes 11 (2023) 1148. Crossref
(16) G. Zanellato, P.G. Schiavi, R. Zanoni, A. Rubino, P. Altimari, et al. Electrodeposited copper nanocatalysts for CO₂ electroreduction: effect of electrodeposition conditions on catalysts’ morphology and selectivity. Energies 14 (2021) 5012. Crossref
(17) Y.-L. Qiu, H.-X. Zhong, T.-T. Zhang, W.-B. Xu, X.-F. Li, et al. Copper electrode fabricated via pulse electrodeposition: toward high methane selectivity and activity for CO₂ electroreduction. ACS Catalysis 7 (2017) 6302-6310. Crossref
(18) X. Liu, H. Jia, Z. Sun, H. Chen, P. Xu, et al. Nanostructured copper oxide electrodeposited from copper (II) complexes as an active catalyst for electrocatalytic oxygen evolution reaction. Electrochemistry Communications 46 (2014) 1-4. Crossref
(19) T.T.H. Hoang, S. Ma, J.I. Gold, P.J. A. Kenis, A.A. Gewirth. Nanoporous copper films by additive-controlled electrodeposition: CO₂ reduction catalysis. ACS Catalysis 7 (2017) 3313-3321. Crossref
(20) T.T.H. Hoang, S. Verma, S. Ma, T.T. Fister, J. Timoshenko, et al. Nanoporous copper-silver alloys by additive-controlled electrodeposition for the selective electroreduction of CO₂ to ethylene and ethanol. Journal of the American Chemical Society 140 (2018) 5791-5797. Crossref
(21) R. Bernasconi, L. Nobili, L. Magagnin. Structural properties of electrodeposited Cu–Ag alloys. Electrochimica Acta 251 (2017) 475-481. Crossref
(22) E. Plaza-Mayoral, K.N. Dalby, H. Falsig, I. Chorkendorff, I.E.L. Stephens, et al. Preparation of tunable Cu–Ag nanostructures by electrodeposition in a deep eutectic solvent. ChemElectroChem 11 (2024) e202400094. Crossref
(23) E. Plaza-Mayoral, V. Okatenko, K.N. Dalby, H. Falsig, I. Chorkendorff, et al. Composition effects of electrodeposited Cu–Ag nanostructured electrocatalysts for CO₂ reduction. iScience 27 (2024) 109933. Crossref
(24) K. Avchukir, B.D. Burkitbayeva, F. Vacandio, A.M. Argimbayeva, G. Rakhymbay. Influence of tetrabutylammonium chloride on the electrodeposition of indium from chloride solution on a glassy carbon electrode. Journal of Electroanalytical Chemistry 842 (2019) 176-183. Crossref
(25) Y.M. Shin, J. Lee, Y.-S. Lim, J.J. Kim, K.S. Jin, et al. Self-assembly of surfactant mixtures for a versatile control of the rate of the heterogeneous reaction: Case study in Cu electrodeposition. Chemical Engineering Journal 502 (2024) 158061. Crossref
(26) A. Bekey, F. Vacandio, K. Avchukir. Surfactant-assisted copper electrodeposition: role of SDS on nucleation kinetics, surface area, and catalytic activity for CO₂ reduction. Journal of Applied Electrochemistry 55 (2025) 2701-2719. Crossref
(27) A. Bekey, F. Vacandio, K. Avchukir. Influence of Acetonitrile on Cu Electrochemical Nucleation and Growth: Preliminary Test of Catalytic Activity for eCO2RR. Electrocatalysis 16 (2025) 513-525. Crossref
(28) A.J. Bard, L.R. Faulkner, H.S. White. Electrochemical methods: fundamentals and applications. – John Wiley & Sons, 2022. Crossref
(29) K. Avchukir, B.D. Burkitbayeva, A.M. Argimbayeva, G.S. Rakhymbay, G.S. Beisenova, et al. The kinetics of indium electroreduction from chloride solutions. Russian Journal of Electrochemistry 54 (2018) 1096-1103. Crossref
(30) Y.D. Gamburg, G. Zangari. Theory and practice of metal electrodeposition. Springer Science & Business Media, 2011. Crossref
(31) M.E. Palomar-Pardavé, T.Le Manh, Nucleation and growth in applied materials. Elsevier, 2024. Crossref
(32) T. Le Manh, M.E. Palomar-Pardavé. Recent advances in theory of nucleation. Nucleation and Growth in Applied Materials (2024) 229-238. Crossref
(33) K. Avchukir, N.N. Yessaly, B.D. Burkitbayeva. Electrodeposition of indium on glassy carbon from tetrabutylammonium chloride containing solutions. Eurasian Chemico-Technological Journal 21 (2019) 157-163. Crossref
(34) A. Bekey, G.L. Badavamova, F. Vacandio, K. Avchukir. Electrochemical behavior of In–DTPA complexes: anodic dissolution, cathodic reduction, and electrochemical nucleation. Journal of Solid State Electrochemistry 27 (2023) 3439-3451. Crossref
(35) Z. Luo, Y. Su, S. Yue, Q. Yu, H. Zhang, et al. Electrodeposition of copper nanopowder with controllable morphology: influence of pH on the nucleation/growth mechanism. Journal of Solid State Electrochemistry 25 (2021) 1611-1621. Crossref
(36) S. Zhang, S. Zhao, D. Qu, X. Liu, Y. Wu, Y. Chen, W. Huang. Electrochemical reduction of CO₂ toward C₂ valuables on Cu@Ag core-shell tandem catalyst with tunable shell thickness. Small 17 (2021) 2102293. Crossref
(37) A. Faraz, W. Iqbal, S. Gul, F.K. Kanodarwala, M.N. Zafar, et al. Selective electroreduction of CO₂ into CO over Ag and Cu decorated carbon nanoflakes. Energy Advances 3 (2024) 2367-2376. Crossref
(38) J. Zhang, T.H.M. Pham, Y. Ko, M. Li, S. Yang, et al. Tandem effect of Ag@C@Cu catalysts enhances ethanol selectivity for electrochemical CO₂ reduction in flow reactors. Cell Reports Physical Science 3 (2022) 100949. Crossref
(39) D. Fan, S. Zhang, Y. Li, H. Bin, R. Li, et al. High selective electrocatalytic reduction of carbon dioxide to ethylene enabled by regulating the microenvironment over Cu–Ag nanowires. Journal of Colloid and Interface Science 662 (2024) 786-795. Crossref
(40) E. Robens, B. Hecker, H. Kungl, H. Tempel, R.-A. Eichel. Bimetallic copper-silver catalysts for the electrochemical reduction of CO₂ to ethanol. ACS Applied Energy Materials 6 (2023) 7571-7577. Crossref
(41) S. Lee, G. Park, J. Lee. The importance of Ag–Cu biphasic boundaries for selective electrochemical reduction of CO₂ to ethanol. ACS Catalysis 7 (2017) 8594-8604. Crossref
Жүктеулер
Жарияланды
Журналдың саны
Бөлім
Лицензия
Авторлық құқық (c) 2026 Х. Авчукир, Ф. Вакандио, А.Ж. Бекей, Т.В. Шакиева, Б.Т. Досумова, Г.Е. Ергазиева
Бұл жұмыс Creative Commons атрибуты бойынша лицензияланған. 4.0 Халықаралық лицензия.
Дәйексөзді қалай келтіруге болады
