Електрохімічний метод конверсії СО2 в цінні продукти перспективний як в економічному, так і технологічному аспектах. Проте відновлення є складний багатостадійний і багафакторний каталітичний процес. Природа поверхні катода, його структура, склад електроліту, режими відновлення суттєво впливають на швидкість перетворення СО2 і селективність за продуктами.
Робота присвячена дослідженню порівняльної каталітичної активності електродів до реакції відновлення карбону (IV) оксиду з водних 0,1 М розчинів КНСО3 насичених протягом 30 хвилин СО2. Вивчено активність мідних катодів різної структури (металургійна, гальванічно осаджена з кислого сульфатного та пірофосфатного електролітів), а також модифікованого наноструктурованим сріблом методом гальванічного заміщення). Дослідження проведено методом циклічної вольтамперовметрії. Використано потенціостат ПІ-50-1.1.
Аналізом циклічних вольтамперних амперограм (ЦВА) встановлено, що електрод з металургійної міді є каталітично активний щодо катодного відновлення СО2 з водного розчину. Виявлено, що реакція відбувається за Е = -1,3 в з І = 3,2 мА×см-2 з дифузійною складовою і значною адсорбцією продуктів відновлення на електроді. Відновлення карбону (IV) оксиду - неповне.
З’ясовано, що нанесення на поверхню електрода гальванічної міді з кислого сульфатного та пірофосфатного розчинів сприяє зменшенню перенапруги і збільшенню швидкості відновлення СО2. Показано, що це пов’язано зі зміною структури поверхні і збільшенням істиної площі електрода. Вияснено - відновлення відбувається за Е = - 1,1 та за -1,5 В з максимальними густинами струму 3,16 та 4,2 2 мА×см-2 .
Встановлено зміну характеру ЦВА за умови нанесення з двох електролітів наноструктурованого срібла на поверхню мідного електрода. Вияснено, що срібло спричиняє підвищення каталітичної активності електродів у конверсії СО2. Досліджено вплив наноструктурованого срібного покриття, одержаного гальванічним заміщенням на потенціал та густину струму електрохімічного відновлення карбону (IV) оксиду з водного розчину. Визначено, що характеристики катодного відновлення залежать від складу та товщини приповерхового шару електрода. Встановлено, що гальванічне заміщення срібла протягом трьох секунд спричиняюється до глибшого відновлення СО2, яке найбільше проявляється за наявності на поверхні електрода одночасно двох металів – міді та срібла.
Ключові слова – карбону(IV) оксид, електрохімічне відновлення, Cu, Ag/Cu катоди, гальванічне заміщення.
1. Viva F. A. Electrochemical Reduction of CO2 on Metal Electrodes. Fundamentals and
Applications Review // Advanced Chemistry Letters. – 2013. – Vol. 1. – P. 1–12. 2. Khezri B., Fisher A. C.,
Pumera M. CO2 reduction: the quest for electrocatalytic materials // J. Mater. Chem. A 5. – 2017. – Vol. 5. –
P. 17 p. 3. Tuning the Catalytic Activity and Selectivity of Cu for CO2 Electroreduction in the Presence of
Halides / A. S. Varela, W. Ju, T. Reier, P. Strasser // ACS Catal. – 2016. – Vol. 6. – Vol. 2136–2144.
4. Effect of nanostructured support on copper electrocatalytic activity toward CO2 electroreduction to
hydrocarbon fuels / O. Baturina, Q. Lu, F. Xu, etc. // Catal. Today. – 2017. – Vol. 288. – P. 2–10.
5. Theoretical Insight into the Trends that Guide the Electrochemical Reduction of Carbon Dioxide to
Formic Acid / J. S. Yoo, R. Christensen, T. Vegge // ChemSusChem. – 2016. – 2016. – Vol. 9. – P. – 358–
363. 6. An overview of CO2 electroreduction into hydrocarbons and liquid fuels on nanostructured copper
catalysts / A. Abbas, M. Ullah, Q. Ali, etc. // Green Chem. Lett. Rev. – 2016. – Vol. 9. – P. 166–178. 7. An
electrochemical study of carbon dioxide electroreduction on gold-based nanoparticle catalysts / V. Lates,
A. Falch, A. Jordaan, etc. // Electrochimica Acta. – 2014. – Vol. 128. – P. 75–84. 8. Gold catalyst
reactivity for CO2 electro-reduction: From nano particle to layer / E. B. Nursanto, H. S. Jeon, C. K.,
M. S. Jee, etc. // Catalysis Today. – 2016. – Vol. 260. – P. 107–111. 9. Overlayer Au-on-W Near-Surface
Alloy for the Selective Electrochemical Reduction of CO2 to Methanol: Empirical (DEMS) Corroboration
of a Computational (DFT) Prediction / A. Javier, J. Baricuatro, Y.-G. Kim, M. P. Soriaga // Electrocat. –
2015. – Vol. 6. – P. 493–497. 10. Electrochemical Activation of CO2 through Atomic Ordering
Transformations of AuCu Nanoparticles / D. Kim, C. Xie, N. Becknell, etc. // J. Am. Chem. Soc. – 2017. –
Vol. 139. – P. 8329–8336. 11. Site-Selective Growth of AgPd Nanodendrite-Modified Au Nanoprisms:
High Electrocatalytic Performance for CO2 Reduction / C. Shan, E. T. Martin, D. G. Peters, J. M. Zaleski //
Chem. Mater. – 2017. – Vol. 29. – P. 6030–6043. 12. Highly Active and Selective Hydrogenation of CO2 to
Ethanol by Ordered Pd−Cu Nanoparticles / S. Bai, Q. Shao, P. Wang, etc. // J. Am. Chem. Soc. – 2017. –
Vol. 139. – P. 6827–6830. 13. The Tunable and Highly Selective Reduction Products on Ag@Cu Bimetallic
Catalysts Toward CO2 Electrochemical Reduction Reaction / Z. Chang, S. Huo, W. Zhang, etc. // J. Phys.
Chem. C. – 2017. – Vol. 121. – P. 11368–11379. 14. Electrochemical CO2 reduction to CO on dendritic
Ag-Cu electrocatalysts prepared by electrodeposition / J. Choi, M. J. Kim, S. H. Ahn, etc. // Chem.
Eng. J. – 2016. – Vol. 229. – P. 37–44. 15. Кунтий О. І. Електрохімія та морфологія дисперсних
металів. – Львів: Вид-во Нац. ун-ту “Львівська політехніка”, 2008. – 208 с. 16. Кунтий О. І. Гальва-
нотехніка. – Львів: Вид-во Нац. ун-ту “Львівська політехніка”, 2004. – 236 с.