الكربون المجوف المشوب بالنيتروجين والكوبالت ثنائي الوظيفة لإنتاج الغاز الصناعي الكهروكيميائي

إن التحويل الكهروكيميائي لـ CO2 و H2O إلى الغاز الصناعي هو طريق جذاب لاستخدام الكهرباء الخضراء. يتطلب الاقتصاد التنافسي في النظام تطوير محفز كهربائي فعال من حيث التكلفة مع مواقع نشطة مزدوجة لتفاعل اختزال CO2 (CO2RR) وتفاعل تطور الهيدروجين (HER). هنا، يتم اقتراح محفز كهربائي مصدره إطار معدني عضوي، حيث تعمل ذرات الكوبالت الفردية ومجموعات النيتروجين الوظيفية كمواقع نشطة لـ CO2RR وHER على التوالي. تستند طريقة التخليق إلى التحلل الحراري لـ ZnO@ZIF (إطار الإيميدازولات الزيوليتية). إن الفائض الناتج عن تبخر الزنك في الموقع يمنع بكفاءة تجميع ذرات الكوبالت الفردية (≈3.4 wt%) ويحافظ على نسبة مناسبة من Co/N. يتميز المحفز الكهربائي الذي تم إعداده بارتفاع درجة جرافيتي دعم الكربون لنقل الإلكترونات السريع وقشور كربون رقيقة تشبه الإسفنج مع نظام مسامي هرمي لتسهيل تعرض المواقع النشطة ونقل الكتلة. وبالتالي، يظهر المحفز الكهربائي كفاءة فارادائية تقارب 100% ومعدل تشكيل مرتفع يبلغ ≈425 mmol g-1 h-1 عند 1.0 فولت مع نسبة المنتج الغازي (CO/H2) تقترب من النسبة المثالية 1/2. مع مساعدة من تشخيص المواد الواسع وحسابات نظرية الكثافة الوظيفية (DFT)، تم التعرف على أن ذرات الكوبالت الفردية متناسقة بشكل موحد في شكل مجموعات Co-C2N2، وتعمل كمواقع تحفيز رئيسية لاختزال CO2.