Синхронное электро

Научные отчеты, том 13, Номер статьи: 1201 (2023) Цитировать эту статью

717 Доступов

2 цитаты

3 Альтметрика

Подробности о метриках

Было показано, что наночастицы меди (НЧ) являются отличными электрокатализаторами, особенно для восстановления CO2 – критической реакции для связывания антропогенного атмосферного углерода. Здесь микроинтерфейс между двумя растворами несмешивающихся электролитов (ITIES) используется для одновременной электрополимеризации 2,2':5',2''-тертиофена (ТТ) и восстановления Cu2+ до наночастиц Cu (НЧ), создавая гибкий электрокаталитический композитный электродный материал. ТТ действует как донор электронов в 1,2-дихлорэтане (ДХЭ) посредством гетерогенного переноса электронов через границу раздела вода|ДХЭ (w|ДХЭ) к CuSO4, растворенному в воде. Процесс формирования нанокомпозита исследовался с помощью циклической вольтамперометрии, а также электрохимической импедансной спектроскопии (ЭИС). Данные CV и EIS показывают, что пленка формируется быстро; однако межфазная реакция не является спонтанной и не протекает без приложенного потенциала. При высоких [TT] гетерогенная волна электронного переноса регистрировалась вольтамперометрически, а при низких — нет. Однако оказалось, что зондирования края поляризуемого потенциального окна достаточно, чтобы инициировать электрогенерацию/электрополимеризацию. СЭМ и ПЭМ использовались для изображения и анализа конечных композитов Cu NP/поли-ТТ, и было обнаружено, что с увеличением [TT] происходит сопутствующее уменьшение размера NP. Предварительные результаты электрокатализа на большом стеклоуглеродном электроде, модифицированном нанокомпозитом, показали увеличение токов восстановления CO2 более чем в 2 раза по сравнению с немодифицированным электродом. Эти данные позволяют предположить, что эта стратегия является многообещающим средством создания электрокаталитических материалов для улавливания углерода. Однако пленки, электросинтезированные при микро- и ~1 мм ITIES, продемонстрировали плохую возможность повторного использования.

Благодаря своей гибкости1,2,3 и биосовместимости4, тонкие проводящие полимерные пленки получили значительное распространение и интерес к ним. В целях снижения производственных затрат ведется поиск менее дорогих и сложных методов приготовления. Например, многие методы полимеризации позволяют получить прочные материалы с относительно высокой средней молекулярной массой; однако требуется электроосаждение на анод5, часто связывающее полимер с поверхностью электрода, или используются специализированные громоздкие методы, такие как электропрядение6. В первом случае это, вероятно, исключает возможность получения отдельно стоящего пленочного/проводящего полимерного электрода, поскольку полимер трудно высвободить из анода и, таким образом, может ограничить тип применения.

Между тем, наночастицы металлов (НЧ) составляют основу многочисленных аналитических и электрокаталитических платформ7,8,9; особенно НЧ на основе меди (Cu), которые эффективно катализируют сокращение выбросов CO210,11,12,13. Появилось множество методов получения НЧ металлов; однако метод Бруста-Шиффрина, впервые описанный в 1994 г.14,15, воспроизводимо генерировал НЧ Au с низкой дисперсией, используя границу раздела между двумя растворами несмешивающихся электролитов (ITIES), т.е. границу раздела жидкость|жидкость. Действительно, ITIES в последнее время активно занимается безэлектродным синтезом как металлических НЧ15,16,17,18,19,20,21,22,23,24,25,26,27, так и проводящих полимерных пленок4,28,29 ,30,31,32,33,34,35,36. Первоначально усилия были сосредоточены на несмешивающейся границе раздела вода|масло (w|o)4,27,28,29,30,31,32,33,34,35,36; однако в последнее время они расширились до воды|ионной жидкости (w|IL)21,22,23,24,25,26 и масла|ионной жидкости (o|IL)20. В простой двухэлектродной конфигурации с одним электродом, погруженным в любую фазу, разностью потенциалов Гальвани можно управлять извне с помощью потенциостата, причем падение потенциала составляет 1–4 нм на ITIES, φw – φo = \(\Delta_{o} ^{w} \phi\)8,37.

Йоханс и др.38 были первыми, кто описал аналитическое решение для зарождения НЧ металлов на границе раздела жидкость-жидкость. В своей работе они подчеркнули отсутствие участков дефектов, которые часто встречаются на границе раздела твердое тело/раствор; таким образом, в ITIES существует большой термодинамический барьер для образования частиц. Тем не менее, они38 и другие8,15,16,17,18,20,23,24,27,28,39,40 смогли экспериментально продемонстрировать электрохимически контролируемое зарождение НЧ металлов на границах без границ. Интересно, что группа Ниши предположила, что молекулярная структура границы раздела жидкость-жидкость транскрибируется на каркас NP22. Недавно они продемонстрировали, что интерфейс w|IL играет важную механистическую роль в формировании наноструктур. Их IL был модифицирован функциональной группой ферроцена (Fc), что сделало его окислительно-восстановительным активным, и использовалось при формировании массивов нановолокон Pd22.