เมื่อเร็ว ๆ นี้กลุ่มวิจัยของ Lu Qi ที่ภาควิชาวิศวกรรมเคมีของมหาวิทยาลัย Tsinghua เปิดเผยถึงอิทธิพลของผลกระทบของไอออนบวกต่อการลดลงของไฟฟ้าของคาร์บอนมอนอกไซด์โดยการรวมการทดสอบกิจกรรมปฏิกิริยา การศึกษาเสนอว่ามีสนามไฟฟ้าและส่วนประกอบสนามที่ไม่ใช่ไฟฟ้าในเอฟเฟกต์ไอออนบวกซึ่งไม่เพียงได้รับผลกระทบจากลักษณะของไอออนบวก แต่ยังเกี่ยวข้องกับองค์ประกอบของส่วนต่อประสานทางเคมีไฟฟ้าด้วย การศึกษาครั้งนี้ยังเป็นแนวคิดที่สำคัญสำหรับการทำความเข้าใจเพิ่มเติมเกี่ยวกับอิทธิพลขององค์ประกอบส่วนต่อประสานทางเคมีไฟฟ้าและโครงสร้างที่มีต่อปฏิกิริยาอิเล็กโทรดสื่อกลาง
ในช่วงไม่กี่ทศวรรษที่ผ่านมาการเปลี่ยนแปลงสภาพภูมิอากาศที่เกิดจากพฤติกรรมของมนุษย์ได้นำมาซึ่งปัญหาทางนิเวศวิทยาและสิ่งแวดล้อม แต่ก็ยังเร่งการพัฒนาเทคโนโลยีพลังงานใหม่ โดยเฉพาะอย่างยิ่งในช่วงไม่กี่ปีที่ผ่านมาอุตสาหกรรมไฟฟ้าโซลาร์เซลล์และพลังงานลมของประเทศของฉันได้พัฒนาอย่างรวดเร็วและราคาของการผลิตพลังงานแสงอาทิตย์และพลังงานลมได้กลายเป็นที่แข่งขันกันในตลาด การใช้พลังงานหมุนเวียนเพื่อให้ได้การแปลงคาร์บอนด้วยไฟฟ้าให้การแก้ปัญหาที่ใช้งานได้จริงเพื่อลดผลกระทบของการเปลี่ยนแปลงสภาพภูมิอากาศของมนุษย์ ปฏิกิริยาการลด CO2 และ CO ทางเคมีไฟฟ้าเกิดขึ้นที่ส่วนต่อประสานระหว่างอิเล็กโทรดโลหะและสารละลายน้ำ ดังนั้นประสิทธิภาพการเร่งปฏิกิริยาจึงได้รับผลกระทบจากพื้นผิวอิเล็กโทรดและอิเล็กโทรไลต์ ไพเพอร์ในอิเล็กโทรไลต์มีบทบาทสำคัญมากในอินเทอร์เฟซปฏิกิริยา ที่ศักยภาพในการลดลงประจุบวกจะถูกดึงดูดไปยังส่วนต่อประสานทางเคมีไฟฟ้า แม้ว่าวิธีการที่เป็นไปได้ต่าง ๆ ซึ่งไพเพอร์ส่งผลกระทบต่อปฏิกิริยาทางไฟฟ้าที่เป็นสื่อกลางที่ได้รับการเสนอ แต่ก็ยังไม่มีฉันทามติในชุมชนวิชาการเนื่องจากขาดหลักฐานการทดลองโดยตรง
รูปที่ 1. (a) ข้อมูลสเปกตรัมในความอิ่มตัวร่วม 0. 1 m อัลคาไลไฮดรอกไซด์ที่แตกต่างกัน; (b) ความหนาแน่นของกระแสไฟฟ้าและ (c) ประสิทธิภาพฟาราดาของการแปลงไฟฟ้า CO เป็นผลิตภัณฑ์ที่แตกต่างกันในอิเล็กโทรดการแพร่กระจายของก๊าซ Cu; (D) แผนผังไดอะแกรมของเซลล์อินฟราเรดที่เพิ่มขึ้นจากพื้นผิวในแหล่งกำเนิด
ในงานนี้นักวิจัยได้ทดสอบประสิทธิภาพของการลดอิเล็กโทรไลติกคาร์บอนมอนอกไซด์ (Corr) ในอิเล็กโทรไลต์ที่มีประจุบวกที่แตกต่างกัน ข้อมูลแสดงให้เห็นว่าคุณสมบัติของไอออนอัลคาลีมีผลกระทบอย่างมีนัยสำคัญต่อกิจกรรมและการกระจายผลิตภัณฑ์ของ Corr บนพื้นผิวของตัวเร่งปฏิกิริยา CU polycrystalline โดยไม่คำนึงถึงชั้นความชุ่มชื้นของไอออนบวกอัตราของปฏิกิริยาวิวัฒนาการทั้ง Corr และไฮโดรเจนจะเพิ่มขึ้นตามขนาดไอออนบวกที่เพิ่มขึ้น ประสิทธิภาพของ Faradaic ของผลิตภัณฑ์ Corr ก็เพิ่มขึ้นเมื่อการเปลี่ยนแปลงขนาดของไอออนบวกจาก Li+ เป็น K+ แต่ยังคงไม่เปลี่ยนแปลงสำหรับไพเพอร์ขนาดใหญ่ เมื่อรวมกับ Spectroscopy อินฟราเรดในแหล่งกำเนิดนักวิจัยพบว่าไพเพอร์ที่แตกต่างกันนำไปสู่การแจกแจงที่แตกต่างกันของไซต์การดูดซับ CO ที่แตกต่างกันใน CU เมื่อขนาดไอออนบวกเพิ่มขึ้นจาก Li+ เป็น K+ อัตราส่วนของ CO จะถูกดูดซับบนเว็บไซต์ขั้นตอนเพื่อร่วมดูดซับบนพื้นที่ระเบียงค่อยๆเพิ่มขึ้นอย่างค่อยเป็นค่อยไปและจากนั้นก็เสถียรในไพเพอร์ขนาดใหญ่ แนวโน้มนี้คล้ายกับการเปลี่ยนแปลงของอัตราการปรับจูนโดยสิ้นเชิงของการดูดซับ CO ที่วัดได้ในอิเล็กโทรไลต์ไฮดรอกไซด์ไอออนบวกที่แตกต่างกัน จะเห็นได้ว่าความแรงของสนามไฟฟ้าแบบอินเทอร์เซียลเป็นสาเหตุหลักสำหรับการเพิ่มขึ้นของกิจกรรมการเกิดปฏิกิริยาจาก Li+ เป็น K+ และเมื่อ K+ เปลี่ยนไปเป็น CS+ เพิ่มเติมอัตราการปรับจูนและอัตราการเกิดปฏิกิริยา Corr ทั้งสองมีแนวโน้มที่จะเสถียร เป็นส่วนประกอบของสนามที่ไม่ใช่ไฟฟ้าในเอฟเฟกต์ไอออนบวก งานนี้รวมการทดสอบกิจกรรมทางเคมีไฟฟ้าและในสเปกโทรสโกปีอินฟราเรดแหล่งกำเนิด นักวิจัยเน้นย้ำว่าเอฟเฟกต์ไอออนบวกเป็นองค์ประกอบสำคัญของอิทธิพลโดยรวมขององค์ประกอบอินเตอร์เฟสทางเคมีไฟฟ้าและโครงสร้างที่มีต่อปฏิกิริยาอิเล็กโทรดสื่อกลางและพบว่าเอฟเฟกต์ไอออนบวกมีทั้งสนามไฟฟ้าและส่วนประกอบสนามไฟฟ้าที่ไม่ใช่ไฟฟ้า
การศึกษาชื่อ "การทำความเข้าใจส่วนประกอบของสนามไฟฟ้าและไม่ใช่ไฟฟ้าของผลกระทบไอออนบวกต่อปฏิกิริยาการลดลงของ CO ทางเคมีไฟฟ้า" ได้รับการตีพิมพ์ในวารสารวิทยาศาสตร์ล่วงหน้าเมื่อวันที่ 6 พฤศจิกายน 2563 Lu Qi จากภาควิชาวิศวกรรมเคมีที่มหาวิทยาลัย Tsinghua และรองศาสตราจารย์ Xu Bingjun จากภาควิชาวิศวกรรมเคมีและวิศวกรรมชีวโมเลกุลที่มหาวิทยาลัยเดลาแวร์ งานนี้ได้รับทุนจากมูลนิธิวิทยาศาสตร์ธรรมชาติแห่งชาติของจีนและโครงการอื่น ๆ