固定化されたコバルトフタロシアニンを使用したメタノールへの電気化学的CO2還元における質量輸送の役割

ヘテロ形成分子触媒を使用した電気化学CO2還元（CO2R）は通常、2電子還元生成物（CO、形成）を生成します。最近、固定化されたコバルトフタロシアニン（COPC）の特定の調製物が、6電子還元生成物であるメタノール（MEOH）を生成することが報告されています。ここでは、メタノールに対するCOPC選択性における中間質量輸送の重要な役割を示します。最初に、ポリ（3,4-エチレンジオキシチオフェン）ポリスレン症（PedoT：PSSS：psss：psss：psss：psot：psss：poly（3,4-エチレンジオキシチョフェン）を使用してAU電極に統合できる多重層カーボンナノチューブ（MWCNT）上のCOPCのCOPCを含まないシンプルで物理的に混合されたポリマー（およびポリフルオロアルキル、PFA）を開発しました。）接着層。触媒の調製と荷重の最適化後、メタノールファラダ効率と部分的な電流密度は、それぞれ36％（±3％）と3.8（±0.5）MA CM-2の電流密度が、CO2飽和水電解質で達成されます。電解質の流量は大きな効果があります。8.5 cm/minの線形流速度は、最高のMEOH選択性を生成し、より高い流量がCO選択性を高め、流量が低くなると水素進化反応が増加し、COが非結合中間体であることを示唆しています。COが中間体であると仮定して連続ムマルチディクスモデルを使用すると、最適な入口流量と定性的な一致を示します。Polymerバインダーは、COPCおよびMWCNTを使用してメタノールの高ファラダ効率を達成するために必要ではありませんでした。また、中間体としてのホルムアルデヒドの役割と株の役割を調査しましたが、決定的な結論は確立できませんでした。

Electrochemical CO2 reduction (CO2R) using heterogenized molecular catalysts usually yields 2-electron reduction products (CO, formate). Recently, it has been reported that certain preparations of immobilized cobalt phthalocyanine (CoPc) produce methanol (MeOH), a 6-electron reduction product. Here, we demonstrate the significant role of intermediate mass transport in CoPc selectivity to methanol. We first developed a simple, physically mixed, polymer (and polyfluoroalkyl, PFAS)-free preparation of CoPc on multiwalled carbon nanotubes (MWCNTs) which can be integrated onto Au electrodes using a poly(3,4-ethylenedioxythiophene) polystyrenesulfonate (PEDOT:PSS) adhesion layer. After optimization of catalyst preparation and loading, methanol Faradaic efficiencies and partial current densities of 36% (±3%) and 3.8 (±0.5) mA cm-2, respectively, are achieved in the CO2-saturated aqueous electrolyte. The electrolyte flow rate has a large effect. A linear flow velocity of 8.5 cm/min produces the highest MeOH selectivity, with higher flow rates increasing CO selectivity and lower flow rates increasing the hydrogen evolution reaction, suggesting that CO is an unbound intermediate. Using a continuum multiphysics model assuming CO is the intermediate, we show qualitative agreement with the optimal inlet flow rate. Polymer binders were not required to achieve a high Faradaic efficiency for methanol using CoPc and MWCNTs. We also investigated the role of formaldehyde as an intermediate and the role of strain, but definitive conclusions could not be established.