Dankon pro via vizito al Nature.com. La versio de retumilo, kiun vi uzas, havas limigitan subtenon por CSS. Por plej bonaj rezultoj, ni rekomendas, ke vi uzu pli novan version de via retumilo (aŭ malŝaltu la Kongruecan Reĝimon en Internet Explorer). Dume, por certigi daŭran subtenon, ni montras la retejon sen stiloj aŭ JavaScript.
Elektrokemia redukto de karbondioksido al formika acido estas promesplena maniero plibonigi la utiligon de karbondioksido kaj havas eblajn aplikojn kiel hidrogena stoka medio. En ĉi tiu laboro, nul-interspaco-membrana elektroda asemblea arkitekturo estas evoluigita por la rekta elektrokemia sintezo de formika acido el karbondioksido. Ŝlosila teknologia antaŭeniro estas la truita katjona interŝanĝa membrano, kiu, kiam uzata en antaŭen-polarigita dupolusa membrana konfiguracio, permesas al formika acido formita ĉe la membrana interfaco esti delokigita tra la anoda fluokampo en koncentriĝoj tiel malaltaj kiel 0.25 M. Sen aldonaj sandviĉaj komponantoj inter la anodo kaj katodo, la koncepto celas utiligi ekzistantajn bateriajn materialojn kaj dezajnojn komunajn en fuelpiloj kaj hidrogena elektrolizo, permesante pli rapidan transiron al skalpligo kaj komercigo. En 25 cm² ĉelo, la truita katjona interŝanĝa membrana konfiguracio provizas >75% Faraday-efikecon por formika acido je <2 V kaj 300 mA/cm². Pli grave, 55-hora stabilectesto je 200 mA/cm² montris stabilan Faraday-efikecon kaj ĉeltension. Tekno-ekonomia analizo estas uzata por ilustri manierojn atingi kostegalecon kun nunaj formikacidaj produktadmetodoj.
Elektrokemia redukto de karbondioksido al formika acido uzante renovigeblan elektron montriĝis redukti produktokostojn je ĝis 75%1 kompare kun tradiciaj metodoj bazitaj sur fosiliaj fueloj. Kiel indikite en la literaturo2,3, formika acido havas vastan gamon da aplikoj, de efika kaj ekonomia rimedo por stoki kaj transporti hidrogenon ĝis krudmaterialo por la kemia industrio4,5 aŭ la biomasa industrio6. Formika acido eĉ estis identigita kiel krudmaterialo por posta konverto en daŭripovajn kerfuelajn intermediatojn uzante metabolan inĝenieradon7,8. Kun la evoluo de formikacida ekonomiko1,9, pluraj esploroj fokusiĝis al optimumigo de katalizila selektiveco10,11,12,13,14,15,16. Tamen, multaj klopodoj daŭre fokusiĝas al malgrandaj H-ĉeloj aŭ likvaj fluĉeloj funkciantaj je malaltaj kurentdensecoj (<50 mA/cm2). Por redukti kostojn, atingi komercigon kaj pliigi postan merkatan penetradon, elektrokemia karbondioksida redukto (CO2R) devas esti efektivigita je altaj kurentdensecoj (≥200 mA/cm2) kaj Faraday-efikeco (FE)17, samtempe maksimumigante materialan utiligon kaj uzante bateriajn komponantojn el la teknologio. Fuelpiloj kaj akva elektrolizo permesas al CO2R-aparatoj utiligi ekonomiojn de skalo18. Krome, por pliigi la utilecon de produktado kaj eviti plian postan prilaboradon, formika acido devus esti uzata kiel la fina produkto anstataŭ formiataj saloj19.
En tiu ĉi direkto, lastatempaj klopodoj estis faritaj por disvolvi industrie gravajn aparatojn por gasaj difuzaj elektrodoj (GDE) bazitaj sur CO2R-formato/formikacido. Ampleksa recenzo de Fernandez-Caso et al.20 resumas ĉiujn elektrokemiajn ĉelkonfiguraciojn por la kontinua redukto de CO2 al formikacido/formiato. Ĝenerale, ĉiuj ekzistantaj konfiguracioj povas esti dividitaj en tri ĉefajn kategoriojn: 1. Trafluaj katolitoj19,21,22,23,24,25,26,27, 2. Unuopa membrano (katjona interŝanĝa membrano (CEM)28 aŭ anjona interŝanĝa membrano (AEM)29 kaj 3. Sandviĉa konfiguracio15,30,31,32. Simpligitaj sekcoj de ĉi tiuj konfiguracioj estas montritaj en Figuro 1a. Por la flua konfiguracio de la katolito, elektrolita ĉambro estas kreita inter la membrano kaj la katodo de la GDE. Traflua katolito estas uzata por krei jonajn kanalojn en la katoda tavolo de la katalizilo33, kvankam ĝia bezono por kontroli formiatan selektivecon estas diskutata34. Tamen, ĉi tiu konfiguracio estis uzita de Chen et al. Uzante SnO2-katodon sur karbona substrato kun 1,27 mm dika katolita tavolo, ĝis 90% FE35 je 500 mA/cm2 estis atingita. La kombinaĵo de dika katolita tavolo kaj Invers-polarigita dupolusa membrano (BPM), kiu limigas jontranslokigon, provizas funkcian tension de 6 V kaj energiefikecon de 15%. Por plibonigi energiefikecon, Li kaj aliaj, uzante unuopan CEM-konfiguracion, atingis FE29 de 93.3% ĉe frakcia kurentdenseco de 51.7 mA/cm2. Diaz-Sainz kaj aliaj28 uzis filtrilgazeton kun unuopa CEM-membrano ĉe kurentdenseco de 45 mA/cm2. Tamen, ĉiuj metodoj produktis formiaton anstataŭ la preferatan produkton, formikacidon. Aldone al pliaj prilaboraj postuloj, en CEM-konfiguracioj, formatoj kiel KCOOH povas rapide akumuliĝi en la GDE kaj fluokampo, kaŭzante transportlimigojn kaj finan ĉelfiaskon.
Komparo de la tri plej elstaraj konfiguracioj de CO2R al formiato/formikacido por konvertado de la aparatoj kaj la arkitekturo proponita en ĉi tiu studo. b Komparo de la totala kurento kaj la rendimento de formiato/formikacido por katolitaj konfiguracioj, sandviĉaj konfiguracioj, unuopaj CEM-konfiguracioj en la literaturo (montritaj en Aldona Tabelo S1) kaj nia laboro. Malfermaj markoj indikas la produktadon de formatsolvaĵo, kaj plenaj markoj indikas la produktadon de formikacido. *Konfiguracio montrita uzante hidrogenon ĉe la anodo. c Nul-interspaco MEA-konfiguracio uzante kompozitan dupolusan membranon kun truita katjoninterŝanĝa tavolo funkcianta en antaŭenbiasa reĝimo.
Por malhelpi formiatan formadon, Proietto et al.32 uzis senfendan filtrilpremilan konfiguracion, en kiu dejonigita akvo fluas tra la intertavolo. La sistemo povas atingi >70% CE en la kurentdenseca gamo de 50–80 mA/cm2. Simile, Yang et al.14 proponis la uzon de solida elektrolita intertavolo inter la CEM kaj AEM por antaŭenigi la formadon de formika acido. Yang et al.31,36 atingis 91.3% FE en 5 cm2 ĉelo je 200 mA/cm2, produktante 6.35 pez% formikacidan solvaĵon. Xia et al. Uzante similan konfiguracion, 83% konverto de karbondioksido (CO2) al formikacida FE estis atingita je 200 mA/cm2, kaj la sistema daŭreco estis testita dum 100 horoj 30 minutoj. Kvankam malgrandskalaj rezultoj estas promesplenaj, la pliigita kosto kaj komplekseco de poraj jonaj interŝanĝaj rezinoj malfaciligas skali intertavolajn konfiguraciojn al pli grandaj sistemoj (ekz., 1000 cm2).
Por bildigi la netan efikon de la malsamaj dezajnoj, ni tabelis la formiatan/formikacidan produktadon por kWh por ĉiuj sistemoj menciitaj antaŭe kaj grafike prezentis ilin en Figuro 1b. Estas klare ĉi tie, ke ĉiu sistemo enhavanta katoliton aŭ intertavolon kulminos sian rendimenton ĉe malaltaj kurentdensecoj kaj degradiĝos ĉe pli altaj kurentdensecoj, kie la ohma limo povas determini la ĉeltension. Krome, kvankam la energiefika CEM-konfiguracio provizas la plej altan molan formikacidan produktadon por kWh, salamasiĝo povas konduki al rapida degradiĝo de la rendimento ĉe altaj kurentdensecoj.
Por mildigi la antaŭe diskutitajn fiaskajn modojn, ni evoluigis membranan elektrodan asembleon (MEA) enhavantan kompozitan antaŭen-polarigitan BPM kun truita katjona interŝanĝa membrano (PCEM). La arkitekturo estas montrita en Figuro 1c. Hidrogeno (H2) estas enkondukita en la anodon por generi protonojn per hidrogena oksidiĝa reakcio (HOR). PCEM-tavolo estas enkondukita en la BPM-sistemon por permesi al formiataj jonoj generitaj ĉe la katodo pasi tra la AEM, kombiniĝi kun protonoj por formi formikacidon ĉe la BPM-interfaco kaj intersticaj poroj de la CEM, kaj poste eliri tra la GDE-anodo kaj fluokampo. Uzante ĉi tiun konfiguracion, ni atingis >75% FE de formikacido je <2 V kaj 300 mA/cm2 por 25 cm2 ĉelareo. Plej grave, la dezajno utiligas komerce haveblajn komponentojn kaj aparatarajn arkitekturojn por fuelpiloj kaj akvaj elektrolizaj instalaĵoj, permesante pli rapidan tempon por skali. Katolitaj konfiguracioj enhavas katolitajn fluokamerojn, kiuj povas kaŭzi preman malekvilibron inter la gasaj kaj likvaj fazoj, precipe en pli grandaj ĉelkonfiguracioj. Por sandviĉaj strukturoj kun poraj tavoloj de fluida fluo, signifaj klopodoj estas necesaj por optimumigi la poran intertavolon por redukti premfalon kaj karbondioksidan amasiĝon ene de la intertavolo. Ambaŭ ĉi tiuj povas konduki al interrompo de ĉelaj komunikadoj. Estas ankaŭ malfacile produkti memstarajn maldikajn porajn tavolojn grandskale. Kontraste, la proponita nova konfiguracio estas nul-interspaco MEA-konfiguracio, kiu ne enhavas fluokameron aŭ intertavolon. Kompare kun aliaj ekzistantaj elektrokemiaj ĉeloj, la proponita konfiguracio estas unika ĉar ĝi permesas rektan sintezon de formika acido en skalebla, energiefika, nul-interspaco-konfiguracio.
Por subpremi hidrogenan evoluon, grandskalaj CO2-reduktaj klopodoj uzis MEA kaj AEM membrankonfiguraciojn kombine kun altmolaj koncentriĝaj elektrolitoj (ekz., 1-10 M KOH) por krei alkalajn kondiĉojn ĉe la katodo (kiel montrite en Figuro 2a). En ĉi tiuj konfiguracioj, formiataj jonoj formitaj ĉe la katodo pasas tra la membrano kiel negative ŝargitaj specioj, poste KCOOH formiĝas kaj eliras el la sistemo tra la anoda KOH-fluo. Kvankam formiata FE kaj ĉeltensio estis komence favoraj kiel montrite en Figuro 2b, stabilectestoj rezultigis redukton de FE je proksimume 30% en nur 10 horoj (Figuro S1a-c). Notindas, ke la uzo de 1 M KOH-anolito estas kritika por minimumigi anodan supertension en alkalaj oksigenaj evoluaj reakciaj (OER) sistemoj37 kaj atingi jonalireblecon ene de la katoda kataliza lito33. Kiam la anolita koncentriĝo estas reduktita al 0.1 M KOH, kaj ĉeltensio kaj formikacida oksidiĝo (perdo de formikacido) pliiĝas (Figuro S1d), ilustrante nulsuman kompromison. La grado de formiata oksidiĝo estis taksita uzante la ĝeneralan mas-ekvilibron; por pliaj detaloj, vidu la sekcion "Metodoj". La rendimento uzante MEA kaj unuopajn CEM-membranajn konfiguraciojn ankaŭ estis studita, kaj la rezultoj estas montritaj en Figuro S1f,g. FE-formiato kolektita de la katodo estis >60% je 200 mA/cm2 ĉe la komenco de la testo, sed rapide degradiĝis ene de du horoj pro la amasiĝo de katoda salado diskutita antaŭe (Figuro S11).
Skemo de nul-interspaco MEA kun CO2R ĉe la katodo, hidrogena oksidiĝa reakcio (HOR) aŭ OER ĉe la anodo, kaj unu AEM-membrano inter ili. b FE kaj ĉeltensio por ĉi tiu konfiguracio kun 1 M KOH kaj OER fluantaj ĉe la anodo. Erarstangoj reprezentas la norman devion de tri malsamaj mezuradoj. en FE kaj sistema ĉeltensio kun H2 kaj HOR ĉe la anodo. Malsamaj koloroj estas uzataj por distingi formiatan kaj formikacidan produktadon. d Skemo de MEA kun BPM ŝovita antaŭen en la mezon. FE kaj bateriotensio kontraŭ tempo je 200 mA/cm2 uzante ĉi tiun konfiguracion. f Transsekca bildo de antaŭen-polarigita BPM MEA post mallonga testo.
Por produkti formikan acidon, hidrogeno estas provizita al Pt-sur-karbona (Pt/C) katalizilo ĉe la anodo. Kiel montrite en Figuro 2d, antaŭen-polarigita BPM generanta protonojn ĉe la anodo estis antaŭe esplorita por atingi formikan acidoproduktadon. La BPM-agordanta unuo paneis post 40 minutoj da funkciado je kurento de 200 mA/cm2, akompanata de tensiopliiĝo de pli ol 5 V (Fig. 2e). Post testado, evidenta delaminado estis observita ĉe la CEM/AEM-interfaco. Krom formiato, anjonoj kiel karbonato, bikarbonato kaj hidroksido ankaŭ povas trapasi la AEM-membranon kaj reagi kun protonoj ĉe la CEM/AEM-interfaco por produkti CO2-gason kaj likvan akvon, kondukante al BPM-delaminado (Fig. 2f) kaj , finfine kondukante al ĉelfiasko.
Surbaze de la funkciado kaj fiaskaj mekanismoj de la ĉi-supra konfiguracio, nova MEA-arkitekturo estas proponita kiel montrite en Figuro 1c kaj detale en Figuro 3a38. Ĉi tie, la PCEM-tavolo provizas vojon por la migrado de formika acido kaj anjonoj de la CEM/AEM-interfaco, tiel reduktante la amasiĝon de la substanco. Samtempe, la PCEM-interstica vojo direktas formikan acidon en la difuzan medion kaj fluokampon, reduktante la eblecon de formikacida oksidiĝo. La polarizaj rezultoj uzante AEM-ojn kun dikecoj de 80, 40 kaj 25 mm estas montritaj en Figuro 3b. Kiel atendite, kvankam la ĝenerala ĉeltensio pliiĝas kun kreskanta AEM-dikeco, la uzo de pli dika AEM malhelpas retrodifuzon de formika acido, tiel pliigante la katodan pH kaj malpliigante la H2-produktadon (Fig. 3c-e).
a Ilustraĵo de MEA-strukturo kun AEM kaj truita CEM kaj malsamaj formikacidaj transportvojoj. b Ĉeltensio ĉe malsamaj kurentdensecoj kaj malsamaj AEM-dikecoj. en EE ĉe diversaj kurentdensecoj kun AEM-dikeco de 80 μm (d) 40 μm, e) 25 μm. Erarstangoj reprezentas norman devion mezuritan de tri apartaj specimenoj. f Simuladrezultoj de formikacida koncentriĝo kaj pH-valoro ĉe la CEM/AEM-interfaco ĉe malsamaj AEM-dikecoj. f PC kaj pH en la katoda tavolo de la katalizilo kun malsamaj AEM-filmdikecoj. g Dudimensia distribuo de formikacida koncentriĝo kun CEM/AEM-interfaco kaj truado.
Figuro S2 montras la distribuon de formikacida koncentriĝo kaj pH trans la dikeco de MEA uzante Poisson-Nernst-Planck finian elementan modeladon. Ne estas surprize, ke la plej alta koncentriĝo de formikacida acido, 0.23 mol/L, estas observata ĉe la interfaco CEM/AEM, ĉar formikacida acido formiĝas ĉe ĉi tiu interfaco. La koncentriĝo de formikacida acido tra la AEM malpliiĝas pli rapide kiam la dikeco de la AEM pliiĝas, indikante pli grandan reziston al amasa transdono kaj malpli da formikacida fluo pro retrodifuzo. Figuroj 3f kaj g montras la pH- kaj formikacidajn valorojn en la katoda katalizatora lito kaŭzitajn de retrodifuzo kaj la dudimensia distribuo de formikacida koncentriĝo, respektive. Ju pli maldika la AEM-membrano, des pli alta la koncentriĝo de formikacida acido proksime al la katodo, kaj la pH de la katodo fariĝas acida. Tial, kvankam pli dikaj AEM-membranoj rezultas en pli altaj ohmaj perdoj, ili estas kritikaj por malhelpi retrodifuzon de formikacida acido al la katodo kaj maksimumigi la altan purecon de la FE formikacida sistemo. Fine, pliigante la AEM-dikecon ĝis 80 μm rezultigis FE >75% por formikacido je <2 V kaj 300 mA/cm² por 25 cm² ĉelareo.
Por testi la stabilecon de ĉi tiu PECM-bazita arkitekturo, la bateria kurento estis konservita je 200 mA/cm2 dum 55 horoj. La ĝeneralaj rezultoj estas montritaj en Figuro 4, kun rezultoj de la unuaj 3 horoj elstarigitaj en Figuro S3. Uzante la Pt/C anodan katalizilon, la ĉeltensio akre pliiĝis ene de la unuaj 30 minutoj (Figuro S3a). Dum pli longa tempodaŭro, la ĉeltensio restis preskaŭ konstanta, provizante degradiĝan rapidecon de 0.6 mV/h (Fig. 4a). Ĉe la komenco de la testo, la PV de formika acido kolektita ĉe la anodo estis 76.5% kaj la PV de hidrogeno kolektita ĉe la katodo estis 19.2%. Post la unua horo da testado, la hidrogena FE falis al 13.8%, indikante plibonigitan formiatan selektivecon. Tamen, la oksidiĝa rapideco de formika acido en la sistemo falis al 62.7% en 1 horo, kaj la oksidiĝa rapideco de anoda formika acido pliiĝis de preskaŭ nulo ĉe la komenco de la testo al 17.0%. Poste, la FE de H2, CO, formika acido kaj la rapido de anoda oksidiĝo de formika acido restis stabilaj dum la eksperimento. La pliiĝo de formika acida oksidiĝo dum la unua horo povas ŝuldiĝi al la amasiĝo de formika acido ĉe la PCEM/AEM-interfaco. Dum la koncentriĝo de formika acido pliiĝas, ĝi ne nur eliras tra la truo de la membrano, sed ankaŭ difuzas tra la FEM mem kaj eniras la Pt/C-anodan tavolon. Ĉar formika acido estas likvaĵo je 60°C, ĝia amasiĝo povas kaŭzi problemojn pri amastranslokigo kaj rezultigi preferan oksidiĝon super hidrogeno.
a Ĉeltensio kontraŭ tempo (200 mA/cm2, 60 °C). La enmetitaĵo montras optikmikroskopan bildon de transversa sekco de MEA kun truita EM. Skalbreto: 300 µm. b Pureco de PE kaj formika acido kiel funkcio de tempo je 200 mA/cm2 uzante Pt/C-anodon.
La morfologio de la specimenoj komence de la testado (BOT) dum la preparado kaj fine de la testado (EOT) post 55 horoj da stabileca testado estis karakterizita per nano-rentgena komputita tomografio (nano-CT), kiel montrite en Figuro 5a. La EOT-specimeno havas pli grandan katalizatoran partiklograndecon kun diametro de 1207 nm kompare kun 930 nm por BOT. Bildoj de alt-angula ringoforma malhelkampa skana transmisia elektrona mikroskopio (HAADF-STEM) kaj rezultoj de energi-dispersa rentgena spektroskopio (EDS) estas montritaj en Figuro 5b. Dum la BOT-katalizila tavolo enhavas la plej multajn el la pli malgrandaj katalizatoraj partikloj same kiel kelkajn pli grandajn aglomeraĵojn, en la EOT-stadio la katalizatora tavolo povas esti dividita en du apartajn regionojn: unu kun signife pli grandaj solidaj partikloj kaj la alia kun pli poraj regionoj. Nombro da pli malgrandaj partikloj. La EDS-bildo montras, ke la grandaj solidaj partikloj estas riĉaj je Bi, eble metala Bi, kaj la poraj regionoj estas riĉaj je oksigeno. Kiam la ĉelo funkcias je 200 mA/cm2, la negativa potencialo de la katodo kaŭzos redukton de Bi2O3, kiel evidentiĝas per la rezultoj de surloka rentgen-absorba spektroskopio diskutitaj sube. La rezultoj de HAADF-STEM kaj EDS-mapado montras, ke Bi2O3 spertas reduktoprocezon, kaŭzante, ke ĝi perdas oksigenon kaj aglomeriĝas en pli grandajn metalpartiklojn. La rentgen-difraktaj padronoj de la BOT kaj EOT-katodoj konfirmas la interpreton de la EDS-datumoj (Fig. 5c): nur kristala Bi2O3 estis detektita en la BOT-katodo, kaj kristala bimetalo estis trovita en la EOT-katodo. Por kompreni la efikon de la katoda potencialo sur la oksidiĝa stato de la Bi2O3-katoda katalizilo, la temperaturo estis variigita de malfermcirkvita potencialo (+0.3 V kontraŭ RHE) ĝis -1.5 V (kontraŭ RHE). Oni observas, ke la Bi2O3-fazo komencas reduktiĝi je -0.85 V relative al RHE, kaj malpliiĝo de la intenseco de la blanka linio en la randregiono de la spektro indikas, ke metala Bi reduktiĝas al 90% de RHE je -1.1 V kontraŭ RHE (Fig. 5d). Sendepende de la mekanismo, la ĝenerala selektiveco de formiato ĉe la katodo estas esence senŝanĝa, kiel konkludite el H2 kaj CO-FE kaj formikacida formado, malgraŭ signifaj ŝanĝoj en la katoda morfologio, la oksidiĝa stato de la katalizilo kaj la mikrokristala strukturo.
a Tridimensia strukturo de la katalizatora tavolo kaj distribuo de katalizatoraj partikloj akiritaj per nano-rentgena CT. Skalstango: 10 µm. b Supraj 2: HAADF-STEM bildoj de katodtavoloj de BOT kaj EOT kataliziloj. Skalstango: 1 µm. Malsupraj 2: Pligrandigitaj HADF-STEM kaj EDX bildoj de la katodtavolo de la EOT katalizilo. Skalstango: 100 nm. c Rentgen-difraktaj padronoj de BOT kaj EOT katodaj specimenoj. d En situj rentgen-sorbaj spektroj de Bi2O3 elektrodo en 0.1 M KOH kiel funkcio de potencialo (0.8 V ĝis -1.5 V kontraŭ RHE).
Por precize determini kiajn ŝancojn ekzistas por plibonigi energiefikecon per inhibicio de formikacida oksidiĝo, oni uzis H2-referencan elektrodon por identigi la kontribuon de tensioperdo39. Ĉe kurentdensecoj malpli ol 500 mA/cm2, la katoda potencialo restas sub -1.25 V. La anoda potencialo estas dividita en du ĉefajn partojn: la interŝanĝa kurentdenseco HOR kaj la teoria supertensio HOR40 antaŭdirita de la antaŭe mezurita ekvacio de Bulter-Volmer, kaj la restanta parto ŝuldiĝas al la oksidiĝo de formikacido. Pro la multe pli malrapida reakcia kinetiko kompare kun HOR41, la malgranda rapido de la formikacida oksidiĝa reakcio ĉe la anodo povas rezultigi signifan pliiĝon de la anoda potencialo. La rezultoj montras, ke kompleta inhibicio de formikacida anoda oksidiĝo povas elimini preskaŭ 500 mV da supertension.
Por testi ĉi tiun takson, la flukvanto de dejonigita akvo (DI) ĉe la anoda enirejo estis variigita por redukti la koncentriĝon de elfluanta formika acido. Figuroj 6b kaj c montras FE, formikacidan koncentriĝon, kaj ĉelan tension kiel funkcion de DI-fluo ĉe la anodo je 200 mA/cm2. Kiam la flukvanto de dejonigita akvo pliiĝis de 3.3 mL/min ĝis 25 mL/min, la formikacida koncentriĝo ĉe la anodo malpliiĝis de 0.27 mol/L ĝis 0.08 mol/L. Kompare, uzante la sandviĉan strukturon proponitan de Xia et al. 30, formikacida koncentriĝo de 1.8 mol/L estis akirita je 200 mA/cm2. Malpliigo de la koncentriĝo plibonigas la ĝeneralan FE de formika acido kaj reduktas la FE de H2 kiam la katoda pH fariĝas pli alkala pro malpliiĝinta retrodifuzo de formika acido. La reduktita formikacida koncentriĝo ĉe maksimuma DI-fluo ankaŭ preskaŭ eliminis formikacidan oksidiĝon, rezultante en totala ĉeltensio de iom malpli ol 1.7 V je 200 mA/cm2. La bateriotemperaturo ankaŭ influas la ĝeneralan rendimenton, kaj la rezultoj estas montritaj en Figuro S10. Tamen, PCEM-bazitaj arkitekturoj povas signife plibonigi energiefikecon en inhibicio de formikacida oksidiĝo, ĉu per la uzo de anodaj kataliziloj kun plibonigita hidrogena selektiveco al formikacido aŭ per aparata funkciado.
a Ĉeltensia disfalo uzante ĉelreferencan H2-elektrodon funkciantan je 60 °C, Pt/C-anodo kaj 80 µm AEM. b FE kaj formikacidaj koncentriĝoj kolektitaj je 200 mA/cm2 uzante malsamajn flukvantojn de anoda dejonigita akvo. c Kiam la anodo kolektas formikan acidon en malsamaj koncentriĝoj, la ĉeltensio estas 200 mA/cm2. Erarstangoj reprezentas la norman devion de tri malsamaj mezuradoj. d Minimuma vendoprezo dividita laŭ rendimento ĉe diversaj flukvantoj de dejonigita akvo uzante naciajn industriajn averaĝajn elektroprezojn de 0,068 US$/kWh kaj 4,5 US$/kg da hidrogeno. (*: La minimuma oksidiĝa stato de formika acido ĉe la anodo estas supozata esti 10 M FA, la landaveraĝa industria elektroprezo estas $0.068/kWh, kaj hidrogeno estas $4.5/kg. **: La minimuma oksidiĝa stato estas supozata kiel formika acido. La koncentriĝo de FA ĉe la anodo estas 1.3 M anodo, la atendata estonta elektroprezo estas $0.03/kWh, kaj la punktita linio reprezentas la merkatan prezon de 85 pez% FA.
Tekniko-ekonomia analizo (TEA) estis farita por akiri la minimuman vendoprezon de la fuelaj asembleoj sub diversaj funkciaj kondiĉoj, kiel montrite en Figuro 5d. Metodoj kaj fonaj datumoj por TEA troveblas en la SI. Kiam la LC-koncentriĝo en la anoda degaso estas pli alta, malgraŭ la pli alta ĉeltensio, la totala kosto de la fuela asembleo reduktiĝas pro la redukto de la apartigkosto. Se anoda oksidiĝo de formika acido povas esti minimumigita per katalizila disvolviĝo aŭ elektroda teknologio, la kombinaĵo de pli malalta ĉeltensio (1.66 V) kaj pli alta FA-koncentriĝo en la elfluanto (10 M) reduktus la koston de elektrokemia FA-produktado al 0.74 usonaj dolaroj/kg (bazite sur elektro). prezo) 0.068 USD/kWh kaj 4.5 USD/kg hidrogeno42. Krome, kombinite kun la projekciita estonta kosto de renovigebla elektro de 0.03 USD/kWh kaj hidrogeno de 2.3 USD/kg, la celo por FA-kloakakvo reduktiĝas al 1.3 milionoj, rezultante en fina projekciita produktokosto de 0.66 USD/kg43. Ĉi tio kompareblas al nunaj merkataj prezoj. Tiel, estontaj klopodoj fokusitaj al elektrodaj materialoj kaj strukturoj povus plue redukti anodigon, samtempe permesante funkciadon ĉe pli malaltaj ĉeltensioj por produkti pli altajn LC-koncentriĝojn.
Resumante, ni studis plurajn nul-interspacajn MEA-strukturojn por CO2-redukto al formikacido kaj proponis strukturon enhavantan kompozitan antaŭen-polarigitan dupolusan membranon inkluzive de truita katjona interŝanĝa membrano (PECM) por faciligi la membranan amastransigan interfacon por la rezulta formikacido. Ĉi tiu konfiguracio generas >96% formikacidon je koncentriĝoj ĝis 0.25 M (ĉe anoda DI-flukvanto de 3.3 mL/min). Ĉe pli altaj DI-flukvantoj (25 mL/min), ĉi tiu konfiguracio provizis kurentdensecon de >80% FE de 200 mA/cm2 je 1.7 V uzante 25 cm2 ĉelareon. Ĉe moderaj anodaj DI-rapidecoj (10 mL/min), la PECM-konfiguracio konservis stabilan tension kaj altajn formikacidajn FE-nivelojn dum 55 horoj da testado je 200 mA/cm2. La alta stabileco kaj selektiveco atingitaj per komerce haveblaj kataliziloj kaj polimeraj membranaj materialoj povas esti plue plibonigitaj per kombinado de ili kun optimumigitaj elektrokataliziloj. Posta laboro fokusiĝos al la alĝustigo de funkciaj kondiĉoj, la selektiveco de anoda katalizilo, kaj la strukturo de MEA por redukti la oksidiĝon de formikacido, rezultante en pli koncentrita elfluaĵo je pli malaltaj ĉeltensioj. La simpla aliro al uzado de karbondioksido por formikacido prezentita ĉi tie eliminas la bezonon de anolitaj kaj katolitaj ĉambroj, sandviĉaj komponantoj, kaj specialaj materialoj, tiel pliigante la energiefikecon de la ĉelo kaj reduktante la kompleksecon de la sistemo, faciligante ĝian skalon. La proponita konfiguracio provizas platformon por la estonta disvolviĝo de teknike kaj ekonomie realigeblaj CO2-konvertaj instalaĵoj.
Krom se alie indikite, ĉiuj kemiaĵ-gradaj materialoj kaj solviloj estis uzitaj kiel ricevitaj. Bismuta oksida katalizilo (Bi2O3, 80 nm) estis aĉetita de US Research Nanomaterials, Inc. Polimera pulvoro (AP1-CNN8-00-X) estis provizita de IONOMR. Omnisolv®-marka N-propanolo (nPA) kaj ultrapura akvo (18.2 Ω, Milli-Q® Advantage A10 akvopuriga sistemo) estis aĉetitaj de Millipore Sigma. ACS-atestita metanolo kaj acetono estas aĉetitaj de VWR Chemicals BDH® kaj Fisher Chemical, respektive. La polimera pulvoro estis miksita kun miksaĵo de acetono kaj metanolo en pezo-proporcio de 1:1 por akiri polimeran disperson kun koncentriĝo de 6.5 pez.%. Preparu katalizan inkon miksante 20 g da Bi2O3, ultrapuran akvon, nPA kaj jonomeran disperson en 30ml-vazo. La komponaĵo enhavis 30 pez.% katalizilon, masan proporcion de jonomero al katalizilo de 0.02 kaj masan proporcion de alkoholo al akvo de 2:3 (40 pez.% nPA). Antaŭ miksado, 70g da Glen Mills 5mm zirkonia muelmaterialo estis aldonita al la miksaĵo. Specimenoj estis metitaj sur ciferecan botelrulpremilon Fisherbrand™ je 80 rpm dum 26 horoj. Lasu la inkon stari dum 20 minutoj antaŭ apliko. Bi2O3-inko estis aplikita al aŭtomata aplikilo Qualtech (QPI-AFA6800) uzante 1/2″ x 16″ laboratorian dratbobenitan replenigilon (RD Specialties - 60 mil en diametro) je 22°C. 5 mL da kataliza inko estis aplikita al 7.5 x 8-cola Sigraacet 39 BB karbongasa difuza portanto (fuelpila stokado) per stangodemetado je fiksa averaĝa rapideco de 55 mm/sek. Transdonu ĉi tiujn tegitajn elektrodojn al forno kaj sekigu je 80 °C. La procezo de la stangotegaĵo kaj bildoj de la GDE-tegaĵo estas montritaj en Figuroj S4a kaj b. Ikso-radia fluoreska (XRF) instrumento (Fischerscope® XDV-SDD, Fischer-Technolgy Inc. Usono) konfirmis, ke la ŝarĝo de la tegita GDE estis 3.0 mg Bi2O3/cm2.
Por kompozitaj membranaj konfiguracioj enhavantaj anjonan interŝanĝan membranon (AEM) kaj truitan CEM, Nafion NC700 (Chemours, Usono) kun nominala dikeco de 15 µm estis uzata kiel la CEM-tavolo. La anoda katalizilo estis ŝprucita rekte sur la FEM kun jonomero-karbona proporcio de 0.83 kaj kovra areo de 25 cm². Subtenita plateno kun granda surfaca areo (50 pez.% Pt/C, TEC 10E50E, TANAKA altvalora metalo) kun ŝarĝo de 0.25 mg Pt/cm² estis uzata kiel la anoda katalizilo. Nafion D2020 (Ion Power, Usono) estis uzata kiel jonomero por la anoda tavolo de la katalizilo. CEM-truado estas farata per tranĉado de paralelaj linioj sur la CEM-filmo je 3mm intervaloj. Detaloj pri la truadprocezo estas montritaj en Figuroj S12b kaj c. Uzante rentgenan komputitan tomografion, oni konfirmis, ke la truinterspaco estis 32.6 μm, kiel montrite en Figuro S12d kaj e. Dum la ĉelmuntado, katalizilo-kovrita truita CEM-membrano estis metita sur 25 cm2 Toray-paperon (5 pez% PTFE traktita, Fuel Cell Store, Usono). AEM-membrano (PiperION, Versogen, Usono) kun dikeco de 25, 40 aŭ 80 μm estis metita sur la CEM kaj poste sur la GDE-katodon. La AEM-membrano estis tranĉita en 7.5 × 7.5 cm pecojn por kovri la tutan fluokampon kaj trempita dumnokte en 1 M kalia hidroksida solvaĵo antaŭ la muntado. Kaj la anodo kaj la katodo uzas PTFE-interaĵojn, kiuj estas sufiĉe dikaj por atingi optimuman GDE-kunpremon de 18%. Detaloj pri la bateria muntprocezo estas montritaj en Figuro S12a.
Dum testado, la kunmetita ĉelo estis konservita je 60 °C (30, 60, kaj 80 °C por studoj pri temperaturdependeco) kun 0.8 L/min da hidrogena gaso liverita al la anodo kaj 2 L/min da karbondioksido liverita al la katodo. Kaj la anoda kaj la katoda aerfluoj estis humidigitaj je 100% relativa humideco kaj 259 kPa absoluta katoda premo. Dum funkciado, la katoda gasfluo estis miksita kun 1 M KOH-solvaĵo je rapideco de 2 mL/min por antaŭenigi utiligon de la katoda katalizatorlito kaj jonan konduktadon. Miksu fluon de anoda gaso kun dejonigita akvo je rapideco de 10 ml/min por forigi formikan acidon ĉe la anodo. Detaloj pri la aparataj enigoj kaj eligoj estas montritaj en Figuro S5. La katoda ellasa gaso enhavas CO2 kaj generas CO kaj H2. La akva vaporo estas forigita tra kondensilo (malalttemperatura varmointerŝanĝilo je 2 °C). La restanta gaso estos kolektita por gastempiga analizo. La anoda fluo ankaŭ pasos tra kondensilo por apartigi la likvaĵon de la gaso. La kloakaĵo estos kolektita en puraj fioletoj kaj analizita per likva kronometrio por kvantigi la produktitan formikan acidon. Elektrokemiaj testoj estis faritaj per Garmy-potenciostato (referenca numero 30K, Gamry, Usono). Antaŭ ol mezuri la polarigan kurbon, la ĉelo estis kondiĉigita 4 fojojn en la intervalo de 0 ĝis 250 mA/cm2 uzante linearan voltametrion kun skanrapideco de 2.5 mA/cm2. Polarigaj kurboj estis akiritaj en galvanostatika reĝimo kun la ĉelo tenata je certa kurentdenseco dum 4 minutoj antaŭ ol specimenigi la katodgason kaj anolitan likvaĵon.
Ni uzas hidrogenan referencan elektrodon en la MEA por apartigi la katodan kaj anodan potencialojn. La strukturo de la referenca elektrodo estas montrita en Figuro S6a. Nafion-membrano (Nafion 211, IonPower, Usono) estis uzata kiel jona ponto por konekti la MEA-membranon kaj la referencan elektrodon. Unu fino de la Nafion-strio estis konektita al 1 cm² gasa difuza elektrodo (GDE) ŝarĝita per 0.25 mg Pt/cm² (50 pez% Pt/C, TEC10E50E, TANAKA Precious Metals) ŝprucita sur 29BC karbonpaperon (Fuel Cell Store, Usono). Speciala polietereterketona (PEEK) aparataro estas uzata por gassigeli kaj certigi bonan kontakton inter la GDE kaj Nafion-strioj, kaj por konekti la referencan elektrodon al la fuelpila aparataro. La alia fino de la Nafion-strio estas konektita al la elstaranta rando de la CEM-baterio. Figuro S6b montras la sekcon de la referenca elektrodo integrita kun la MEA.
Post kiam la ellasa gaso trapasas la kondensilon kaj gas-likvaĵan apartigilon, gasprovaĵoj estas prenitaj de la katodo. La kolektita gaso estis analizita almenaŭ tri fojojn uzante 4900 Micro GC (10 μm molekula kribrilo, Agilent). Provaĵoj estis kolektitaj en inertaj plurtavolaj aluminiaj foliaj gasprovaĵosakoj Supel™ (Sigma-Aldrich) dum specifa tempodaŭro (30 sekundoj) kaj mane enigitaj en la mikrogasan kromatografon ene de du horoj post la kolektado. La injektotemperaturo estis agordita je 110 °C. Karbona monooksido (CO) kaj hidrogeno (H2) estis apartigitaj sur varmigita (105 °C) premizita (28 psi) 10 m MS5A kolono uzante argonon (Matheson Gas-Matheson Purity) kiel la portantan gason. Ĉi tiuj ligoj estas detektitaj uzante la enkonstruitan Termika Konduktiveca Detektilon (TCD). GC-kromatogramoj kaj CO kaj H2-kalibraj kurboj estas montritaj en Figuro S7. Likvaj formikacidaj specimenoj estis kolektitaj de la anodo dum specifa tempo (120 sekundoj) kaj filtritaj uzante 0,22 μm PTFE-injektilfiltrilon en 2 mL-fiolojn. Likvaj produktoj en la fioloj estis analizitaj uzante Agilent 1260 Infinity II bioinertan alt-efikecan likvaĵkromatografian (HPLC) sistemon, en kiun 20 μl da specimeno estis injektitaj per aŭtomata specimenilo (G5668A) kun movebla fazo de 4 mM sulfata acido (H2SO4) je flukvanto de 0,6 ml/min (kvaternara pumpilo G5654A). Produktoj estis apartigitaj sur varmigita (35°C, kolumna forno G7116A) Aminex HPX-87H 300 × 7,8 mm (Bio-Rad) antaŭita de Micro-Guard Cation H-gardistkolono. Formikacido estis detektita uzante diodan aro-detektilon (DAD) je ondolongo de 210 nm kaj bendolarĝo de 4 nm. La HPL-kromatogramo kaj la kalibrada kurbo de formikata acido estas montritaj en Figuro S7.
La gasproduktoj (CO kaj H₂) FE estas kalkulataj per la sekva ekvacio, kaj la totalaj moloj da gaso estas kalkulataj per la idealgasa ekvacio:
Inter ili: \({n}_{i}\): la nombro da elektronoj en elektrokemia reakcio. \(F\): Konstanto de Faraday. \({C}_{i}\): Koncentriĝo de la likva produkto en HPLC. \(V\): volumeno de la likva specimeno kolektita dum fiksa tempo t. \(j\): denseco de kurento. \(A\): Geometria areo de la elektrodo (25 cm²). \(t\): periodo de specimenado. \(P\): absoluta premo. \({x}_{i}\): Mola procento de gaso determinita per GC. \(R\): gaskonstanto. \(T\): temperaturo.
La koncentriĝo de anodaj katjonoj estis kvantigita uzante induktive kuplita plasma atom-emisia spektroskopion (ICP-OES). Katjonoj, kiuj povas lesivi aŭ difuzi en la anodon, inkluzivas Ti, Pt, Bi kaj K. Kun la escepto de K, ĉiuj aliaj katjonoj estis sub la detektolimo. Ili formas jonojn en la solvaĵo forlasanta la anodon por pariĝi kun protonoj aŭ aliaj katjonoj. Tial, la pureco de formika acido povas esti kalkulita kiel
La produktado de formiato/FA reprezentas la kvanton de FA produktita por kWh da elektro konsumita uzante specifan MEA-konfiguracion, en mol/kWh. Ĝi estas kalkulita surbaze de kurentdenseco, ĉeltensio kaj Faraday-efikeco sub specifaj funkciaj kondiĉoj.
Kalkulu la kvanton de formika acido oksidita ĉe la anodo surbaze de la ĝenerala mas-ekvilibro. Tri konkurencaj reakcioj okazas ĉe la katodo: hidrogena evoluo, redukto de CO2 al CO, kaj redukto de CO2 al formika acido. Ĉar ni havas formikacidan oksidigan procezon en Anton, formikacida FE povas esti dividita en du partojn: formikacida kolekto kaj formikacida oksidiĝo. La ĝenerala mas-ekvilibro povas esti skribita kiel:
Ni uzis GC por kvantigi la kvantojn de formika acido, hidrogeno, kaj CO2 kolektitaj per HPLC. Notindas, ke plejparto de la formika acido estis kolektita de la anodo uzante la aranĝon montritan en Aldona Figuro S5. La kvanto de formiato kolektita de la katodkamero estas sensignifa, proksimume du grandordojn malpli, kaj sumiĝas al malpli ol 0.5% de la tuta kvanto de SC.
La kontinua transportmodelo uzata ĉi tie baziĝas sur antaŭa laboro pri similaj sistemoj34. Kunligita sistemo de Poisson-Nerst-Planck (PNP) ekvacioj estas uzata por determini akvokoncentriĝon kaj elektrostatikan potencialon en elektronike kaj jonkonduktaj fazoj. Detala superrigardo de la subestaj ekvacioj kaj modelgeometrio estas donita en la SI.
Ĉi tiu sistemo determinas la koncentriĝon de ok akvaj substancoj (\({{{{{\rm{C}}}}}}}{{{{{\rm{O}}}}}}}}_{2 \left ({{{{{{\rm{aq}}}}}}\right)}\), \({{{{{\rm{H}}}}}}}}^{+ }\ ), \ ({{{{{\rm{O}}}}}}{{{{{\rm{H}}}}}}}^{-}\), \({{{ {{{ \rm{ HCO}}}}}}}}_{3}^{-}\), \({{{{{\rm{CO}}}}}}}_{3}^{ 2-} \ ),\ ({{{{{\rm{HCOOH}}}}}}}\), \({{{{{\rm{HCOO}}}}}}}}^{- }\) kaj \({{{ {{{\rm{K}}}}}}^{+}\)), elektrostatika potencialo en la jona kondukta fazo (\({\phi }_{I}\ )) kaj anoda kaj katoda elektrona konduktiveco. Elektrostatikaj potencialoj en fazoj (\({\phi }_{A}\) kaj \({\phi }_{C}\) respektive). Anstataŭe, nek loka elektra neŭtraleco nek ŝargodistribuaj funkcioj estas realigitaj, la spaca ŝarga regiono estas solvita rekte uzante la ekvacion de Poisson; Ĉi tiu aliro permesas al ni rekte modeli la repuŝajn efikojn de Donnan ĉe la interfacoj CEM|AEM, CEM|Poro, kaj AEM|Poro. Krome, la teorio de poraj elektrodoj (PET) estas uzata por priskribi la ŝargotransporton en la anodaj kaj katodaj tavoloj de la katalizilo. Laŭ la scio de la aŭtoroj, ĉi tiu verko reprezentas la unuan aplikon de PET en sistemoj kun pluraj spacaj ŝargaj regionoj.
Katodaj specimenoj de GDE BOT kaj EOT estis testitaj uzante Zeiss Xradia 800 Ultra kun 8.0 keV-rentgen-fonto, absorbajn kaj larĝkampajn reĝimojn, kaj bildfuzion1. 901 bildoj estis kolektitaj de -90° ĝis 90° kun ekspona tempo de 50 sekundoj. Rekonstruo estis farita uzante retroprojekcian filtrilon kun voksela grandeco de 64 nm. Analizo de segmentado kaj partikla grandecdistribuo estis efektivigita uzante speciale skribitan kodon.
Elektronmikroskopa karakterizado implikas enkorpigon de la testaj MEA-oj en epoksirezinon por prepari ilin por ultramaldika sekcado per diamanta tranĉilo. La sekco de ĉiu MEA estis tranĉita ĝis dikeco de 50 ĝis 75 nm. Transmisia elektrona mikroskopo Talos F200X (Thermo Fisher Scientific) estis uzata por skana transmisia elektrona mikroskopio (STEM) kaj energi-dispersaj rentgen-spektroskopiaj (EDS) mezuradoj. La mikroskopo estas ekipita per EDS Super-X sistemo kun 4 senfenestraj SDD-detektiloj kaj funkcias je 200 kV.
Pulvoraj rentgen-difraktaj bildoj (PXRD) estis akiritaj per Bruker Advance D8 pulvora rentgen-difraktometro kun Ni-filtrita CuKα-radiado funkcianta je 40 kV kaj 40 mA. La skana intervalo estas de 10° ĝis 60°, la paŝograndeco estas 0,005°, kaj la daten-akira rapido estas 1 sekundo po paŝo.
La RAS-spektro ĉe la rando de la Bi2O3 BiL3 katalizilo estis mezurita kiel funkcio de potencialo uzante memfaritan ĉelon. Bi2O3 kataliza jonomera inko estis preparita uzante 26.1 mg da Bi2O3 miksita kun 156.3 μL da jonomera solvaĵo (6.68%) kaj neŭtraligita per 1 M KOH, akvo (157 μL) kaj izopropila alkoholo (104 μL) por akiri jonomeran inkon. La katalizatora koeficiento estas 0.4. La inko estis aplikita al grafenaj tavoloj en rektangulaj punktoj (10×4 mm) ĝis la Bi2O3-katalizila ŝarĝo atingis 0.5 mg/cm2. La resto de la grafena tavolo estas kovrita per Kapton por izoli ĉi tiujn areojn de la elektrolito. La katalizilo-kovrita grafena tavolo estis enigita inter du PTFE-oj kaj fiksita al la ĉelkorpo (PEEK) per ŝraŭboj, Figuro S8. Hg/HgO (1 M NaOH) funkciis kiel la referenca elektrodo, kaj karbona papero funkciis kiel la kontraŭelektrodo. La referenca elektrodo de Hg/HgO estis kalibrita uzante platenan draton mergitan en hidrogen-saturita 0.1 M KOH por konverti ĉiujn mezuritajn potencialojn al skalo de reigebla hidrogena elektrodo (RHE). XRD-spektroj estis akiritaj per monitorado de la potencialo de Bi2O3/grafena folia laborelektrodo mergita en 0.1 M KOH, varmigita ĝis 30 °C. La elektrolito cirkulas en la baterio, kun la elektrolita eniro ĉe la fundo de la ĉelo kaj la eliro ĉe la supro por certigi, ke la elektrolito kontaktas la katalizan tavolon kiam vezikoj formiĝas. Potenciostato CH Instruments 760e estis uzata por kontroli la potencialon de la laborelektrodo. La potenciala sekvenco estis malfermcirkvita potencialo: -100, -200, -300, -400, -500, -800, -850, -900, -1000, -1100, -1500 kaj +700 mV depende de RHE. Ĉiuj iR-potencialoj estis ĝustigitaj.
Rentgen-absorba fajna strukturo (XAFS) spektroskopio (XAFS) por Bi L3-rando (~13424 eV por Bi-metalo) estis farita sur kanalo 10-ID, Advanced Photon Source (APS), Argonne National Fluorescence Laboratory. National Model Measurement Laboratory. Du-kristala Si(111) monokromatoro malvarmigita per likva nitrogeno estis uzata por agordi la rentgen-energion, kaj rodio-kovrita spegulo estis uzata por malfortigi la harmonian enhavon. Skanadenergioj estis variigitaj de 13200 ĝis 14400 eV, kaj fluoresko estis mezurita uzante 5 × 5 silician PIN-diodan aron sen filtriloj aŭ Soller-fendoj. La nul-transira energio de la dua derivaĵo estas kalibrita je 13271.90 eV tra la L2-rando de la Pt-tavolo. Pro la dikeco de la elektrokemia ĉelo, ne eblis samtempe mezuri la spektron de la referenca normo. Tiel, la kalkulita skan-al-skanada ŝanĝo en incida rentgen-energio estas ±0.015 eV bazita sur ripetaj mezuradoj dum la eksperimento. La dikeco de la tavolo de Bi₂O₃ kondukas al certa grado de mem-sorbado de fluoresko; la elektrodoj konservas fiksan orientiĝon rilate al la incida fasko kaj detektilo, igante ĉiujn skanadojn preskaŭ identaj. Proksimkampa XAFS-spektro estis uzata por determini la oksidiĝan staton kaj kemian formon de bismuto per komparo kun la XANES-regiono de Bi kaj Bi₂O₃-normoj uzante la linearan kombinaĵan algoritmon de la programaro Athena (versio 0.9.26). per kodo IFEFFIT 44.
La datumoj subtenantaj la ciferojn en ĉi tiu artikolo kaj aliaj konkludoj de ĉi tiu studo estas haveblaj de la korespondanta aŭtoro laŭ racia peto.
Crandall BS, Brix T., Weber RS ​​kaj Jiao F. Tekno-ekonomia takso de provizĉenoj de verdaj amaskomunikiloj H2. Energy Fuels 37, 1441–1450 (2023).
Younas M, Rezakazemi M, Arbab MS, Shah J kaj Rehman V. Stokado kaj liverado de verda hidrogeno: dehidratigo de formika acido uzante tre aktivajn homogenajn kaj heterogenajn katalizilojn. internationality. J. Gidrog. Energy 47, 11694–11724 (2022).
Nie, R. et al. Lastatempa progreso en kataliza translokiga hidratigo de formika acido super heterogenaj transirmetalaj kataliziloj. AKS-katalogo. 11, 1071–1095 (2021).
Rahimi, A., Ulbrich, A., Kuhn, JJ, kaj Stahl, SS Formikacido-induktita depolimerizado de oksidigita lignino al aromaj kombinaĵoj. Nature 515, 249–252 (2014).
Schuler E. et al. Formika acido servas kiel ŝlosila peranto por CO2-utiligo. green. Chemical. 24, 8227–8258 (2022).
Zhou, H. et al. Rapida nedetrua frakciigo (≤15 min) de biomaso uzante trafluan formikacidon por ĝenerala plibonigo de karbonhidrata kaj lignina enhavo. Chemistry and Chemistry 12, 1213–1221 (2019).
Calvi, CH et al. Plibonigita kresko de Cupriavidus necator H16 sur formiato uzante adaptiĝeman laboratorian evoluan informan inĝenieradon. Metabolitoj. inĝeniero. 75, 78–90 (2023).
Ishai, O. kaj Lindner, SN. Gonzalez de la Cruz, J., Tenenboim, H. kaj Bar-Even, A. Bioekonomiko de formiatoj. current. Opinion. Chemical. biology. 35, 1–9 (2016).