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Redusaun eletrokímika hosi dióxidu karbonu ba ásidu fórmiku maka dalan ida ne'ebé promisór atu hadi'a utilizasaun dióxidu karbonu no iha aplikasaun potensiál sira hanesan meiu armazenamentu idrojéniu nian. Iha serbisu ida-ne'e, arkitetura montajen eletrodu membrana zero-gap dezenvolve ba sínteze eletrokímika direta hosi ásidu fórmiku hosi dióksidu karbonu. Avansu teknolójiku xave ida maka membrana troka katiaun perfuradu, ne'ebé, bainhira uza iha konfigurasaun membrana bipolar ho tendénsia ba oin, permite atu ásidu fórmiku ne'ebé forma iha interfase membrana nian bele desloka liuhosi kampu fluxu anódiku iha konsentrasaun ki'ik liu 0.25 M. Lahó komponente sanduíche adisionál entre kadede no materiál anódiku sira konseitu atu eziste alavanka bateria ida no dezeñu sira ne'ebé komún iha sélula kombustível sira no eletrólize idrojéniu nian, hodi permite tranzisaun ida ne'ebé lalais liu ba eskala-up no komersializasaun. Iha sélula 25 cm2, konfigurasaun membrana troka kation perfuradu fornese >75% efisiénsia Faraday ba ásidu fórmiku iha <2 V no 300 mA/cm2. Importante liu, teste estabilidade oras 55 iha 200 mA/cm2 hatudu efisiénsia Faraday ne'ebé estável no tensaun sélula nian. Análize tekno-ekonómiku ida uza hodi ilustra maneira sira atu atinji paridade kustu ho métodu produsaun ásidu fórmiku atuál.
Redusaun eletrokímika husi dióxidu karbonu ba ásidu fórmiku uza eletrisidade renovável hatudu ona katak hamenus kustu produsaun to'o 75%1 kompara ho métodu tradisionál sira ne'ebé bazeia ba kombustível fósil. Hanesan indika iha literatura2,3, ásidu fórmiku iha aplikasaun oioin, hosi meius ida ne'ebé efisiente no ekonómiku atu rai no transporta idrojéniu ba matéria-prima ba indústria kímika4,5 ka indústria biomassa6. Ásidu fórmiku identifika ona hanesan matéria-prima ba konversaun tuirmai ba intermédiu kombustível jet sustentável uza enjeñaria metabóliku7,8. Ho dezenvolvimentu ekonomia ásidu fórmiku1,9, serbisu peskiza oioin foka ona ba optimizasaun seletividade katalizadór10,11,12,13,14,15,16. Maibé, esforsu barak kontinua atu foka ba sélula-H ki'ik sira ka sélula fluxu líkidu nian ne'ebé funsiona ho densidade korrente ki'ik (<50 mA/cm2). Atu hamenus kustu sira, atinji komersializasaun no aumenta penetrasaun merkadu tuirmai, redusaun dióxidu karbonu eletrokímiku (CO2R) tenke hala'o iha densidade korrente aas (≥200 mA/cm2) no efisiénsia Faraday (FE)17 enkuantu maximiza utilizasaun materiál no uza komponente bateria sira hosi kombustível Teknolojia no dispozitivu eletrólize bee nian hodi permite foti CO2 vantajen hosi ekonomia sira eskala nian18. Aleinde ne'e, atu aumenta utilidade produsaun nian no evita prosesamentu adisionál iha kraik, ásidu fórmiku tenke uza hanesan produtu finál envezde masin formatu19.
Iha diresaun ida-ne'e, esforsu sira foin lalais ne'e halo ona atu dezenvolve dispozitivu sira eletrodu difuzaun gás nian (GDE) bazeia ba formatu CO2R/ásidu fórmiku ne'ebé relevante iha industria. Revizaun komprensivu ida hosi Fernandez-Caso et al.20 halo rezumu ba konfigurasaun sélula eletrokímika hotu-hotu ba redusaun kontínua hosi CO2 ba ásidu fórmiku/formatu. Jeralmente, konfigurasaun hotu-hotu ne'ebé eziste bele fahe ba kategoria prinsipál tolu: 1. Flow-through catholytes19,21,22,23,24,25,26,27, 2. Membrana úniku (membrana troka katiaun (CEM)28 ka membrana troka anion (AEM)29 no 3. Konfigurasaun Sandwich, 3313, 23, Simplifikadu. seksaun transversál sira hosi konfigurasaun sira-ne'e hatudu iha Figura 1a. Ba konfigurasaun fluxu katolitu nian, kria kámara eletrólitu ida entre membrana no katolitu GDE nian Flow-through katolitu uza hodi kria kanál ion sira iha kamada katolitu katalizadór nian33, maski nia nesesidade atu kontrola seletividade formadu nian uza hosi konfigurasaun Chen et al. Uza katodu SnO2 iha substratu karbonu ho kamada katolitu ho mahar 1.27 mm, to'o 90% FE 35 iha 500 mA/cm2 hetan ona Kombinasaun hosi kamada katolitu mahar no membrana bipolar ho bias inversu (BPM) ne'ebé limita transferénsia ion ida ho efisiénsia operasaun V6. 15% Atu hadi'a efisiénsia enerjétika, Li et al., uza konfigurasaun CEM ida de'it, atinji FE 29 ho densidade korrente frasionál 51.7 mA/cm2. Diaz-Sainz et al.28 uza prensa filtru ida ho membrana CEM ida de'it ho densidade korrente 4/cm2, maibé produz. duke produtu ne'ebé prefere, ásidu fórmiku. Aleinde ezijénsia prosesamentu adisionál sira, iha konfigurasaun CEM, formatu sira hanesan KCOOH bele akumula lalais iha kampu GDE no fluxu, hodi hamosu restrisaun transporte no eventuál fallansu sélula nian.
Komparasaun husi konfigurasaun dispozitivu konversaun CO2R tolu ne'ebé proeminente liu ba formatu/ásidu fórmiku no arkitetura ne'ebé propoin iha estudu ida-ne'e. b Komparasaun husi korrente totál no rendimentu formatu/ásidu fórmiku ba konfigurasaun katolitu, konfigurasaun sanduíche, konfigurasaun CEM úniku iha literatura (hatudu iha Tabela Suplementár S1) no ami nia serbisu. Marka nakloke sira indika produsaun solusaun formatu, no marka sólidu sira indika produsaun ásidu fórmiku. *Konfigurasaun hatudu uza idrojéniu iha ánodu. c Konfigurasaun MEA ho lakuna zero uza membrana bipolar kompostu ho kamada troka kation perfuradu ne'ebé opera iha modo bias ba oin.
Atu prevene formasaun formatu, Proietto et al. 32 uza konfigurasaun prensa filtru nian ne'ebé la fahe iha ne'ebé bee deionizadu suli liuhosi interlayer. Sistema ne'e bele atinji >70% CE iha densidade atuál 50–80 mA/cm2. Nune'e mós, Yang et al. 14 propoin atu uza interkamada eletrólitu sólidu entre CEM no AEM hodi promove formasaun ásidu fórmiku. Yang et al.31,36 atinji 91.3% FE iha sélula 5 cm2 iha 200 mA/cm2, hodi produz solusaun ásidu fórmiku 6.35 wt%. Xia et al. Uza konfigurasaun ne'ebé hanesan, konversaun 83% hosi dióxidu karbonu (CO2) ba ásidu fórmiku FE hetan iha 200 mA/cm2, no durabilidade sistema nian hetan teste durante oras 100 minutu 30. Maski rezultadu sira ho eskala ki'ik promisór, aumentu kustu no kompleksidade hosi resina sira troka ion porozu nian halo susar atu halo eskala ba konfigurasaun sira entre kamada sira ba sistema sira ne'ebé boot liu (ezemplu, 1000 cm2).
Atu vizualiza efeitu líkidu hosi dezeñu oioin, ami halo tabulasaun ba produsaun formatu/ásidu fórmiku kada kWh ba sistema hotu-hotu ne'ebé temi ona antes no trasa sira iha Figura 1b. Iha ne'e klaru katak sistema ruma ne'ebé kontein katólitu ka interkamada sei atinji nia dezempeñu iha densidade korrente ne'ebé ki'ik no degrada iha densidade korrente ne'ebé aas liu, iha ne'ebé limite ómiku bele determina tensaun sélula nian. Aleinde ne'e, maski konfigurasaun CEM ne'ebé efisiente iha enerjia fornese produsaun ásidu fórmiku molar aas liu kada kWh, akumulasaun masin bele hamosu degradasaun dezempeñu ne'ebé lalais iha densidade korrente ne'ebé aas.
Atu mitiga modu fallansu sira ne'ebé diskute ona antes, ami dezenvolve montajen eletrodu membrana (MEA) ne'ebé kontein BPM kompostu ho tendénsia ba oin ho membrana troka katiaun perfuradu (PCEM). Arkitetura hatudu iha Figura 1c. Hidrojéniu (H2) hatama iha ánodu hodi hamosu protón sira liuhosi reasaun oxidasaun hidrojéniu (HOR). Kamada PCEM ida maka introdús iha sistema BPM hodi permite ion formatu sira ne'ebé maka hamosu iha katódu atu liu hosi AEM, kombina ho protón sira hodi forma ásidu fórmiku iha interfase BPM no poru interstisiál sira hosi CEM, no hafoin sai liuhosi ánodu GDE no kampu fluxu. . Uza konfigurasaun ida-ne'e, ami atinji >75% FE husi ásidu fórmiku iha <2 V no 300 mA/cm2 ba área sélula 25 cm2. Importante liu, dezeñu ne'e utiliza komponente sira ne'ebé disponivel komersialmente no arkitetura hardware sira ba sélula kombustível no sentrál eletrólize bee nian, hodi permite tempu ida ne'ebé lalais liu atu halo eskala. Konfigurasaun katolitu sira kontein kámara fluxu katolitu nian ne'ebé bele hamosu dezekilibru presaun entre faze gás no líkidu, liuliu iha konfigurasaun sélula nian ne'ebé boot liu. Ba estrutura sanduíche sira ho kamada porozu sira hosi fluxu fluidu nian, presiza esforsu signifikativu sira atu optimiza kamada intermédiu porozu nian hodi hamenus tun presaun no akumulasaun dióksidu karbonu iha kamada intermédiu nia laran. Buat rua ne'e bele hamosu interrupsaun ba komunikasaun selulár. Susar mós atu produz kamada porozu ne'ebé mihis no hamriik mesak iha eskala boot. Iha kontraste, konfigurasaun foun ne'ebé propoin maka konfigurasaun MEA ho lakuna zero ne'ebé la kontein kámara fluxu ka kamada intermédiu. Kompara ho sélula eletrokímika sira seluk ne'ebé eziste, konfigurasaun ne'ebé propoin maka úniku tanba permite sínteze direta hosi ásidu fórmiku iha konfigurasaun ida ne'ebé eskalavel, efisiente iha enerjia, ho lakuna zero.
Atu suprime evolusaun hidrojéniu, esforsu sira redusaun CO2 ho eskala boot uza ona konfigurasaun membrana MEA no AEM iha kombinasaun ho eletrólitu ho konsentrasaun molar aas (ezemplu, 1-10 M KOH) hodi kria kondisaun alkalina iha katódu (hanesan hatudu iha Figura 2a). Iha konfigurasaun sira-ne'e, ion formatu sira ne'ebé forma iha katódu liu hosi membrana hanesan espésie sira ho karga negativu, hafoin KCOOH forma no sai hosi sistema liuhosi fluxu KOH anódiku. Maske FE formatu no tensaun sélula nian inisialmente favoravel hanesan hatudu iha Figura 2b, teste estabilidade nian rezulta iha redusaun iha FE maizumenus 30% iha de'it oras 10 (Figura S1a–c). Tenke nota katak utilizasaun anólitu KOH 1 M maka krítiku atu minimiza sobretensaun anódika iha sistema sira reasaun evolusaun oksijéniu alkalinu (OER)37 no atinji asesibilidade ion iha kama katalizadór katodu nia laran33. Bainhira konsentrasaun anólitu nian redús ba 0.1 M KOH, tantu tensaun sélula nian no oxidasaun ásidu fórmiku (lakon ásidu fórmiku) aumenta (Figura S1d), ne'ebé ilustra troka ho soma zero. Grau oxidasaun formatu nian avalia uza balansu massa jerál; ba detalle liután, haree iha seksaun "Métodu sira". Dezempeñu uza MEA no konfigurasaun membrana CEM úniku mós estuda ona, no rezultadu sira hatudu iha Figura S1f,g. Formatu FE ne'ebé halibur hosi katodu maka >60% iha 200 mA/cm2 iha inísiu teste nian, maibé degrada lalais iha oras rua nia laran tanba akumulasaun masin katodu nian ne'ebé diskute ona antes (Figura S11).
Eskemátika husi MEA zero-gap ho CO2R iha katodu, reasaun oxidasaun hidrojéniu (HOR) ka OER iha anode, no membrana AEM ida iha entre. b FE no tensaun sélula nian ba konfigurasaun ida-ne'e ho 1 M KOH no OER ne'ebé suli iha anodu. Barra erru nian reprezenta deviasaun padraun hosi sasukat tolu ne'ebé diferente. iha FE no tensaun sélula sistema ho H2 no HOR iha anode. Kór oioin uza hodi distinge produsaun formatu no ásidu fórmiku. d Diagrama eskemátiku husi MEA ho BPM ne'ebé muda ba oin iha klaran. FE no tensaun bateria nian hasoru tempu iha 200 mA/cm2 uza konfigurasaun ida-ne'e. f Imajen transversál husi BPM MEA ne'ebé iha tendénsia ba oin hafoin teste badak ida.
Atu produz ásidu fórmiku, hidrojéniu fornese ba katalizadór Pt-iha-karbonu (Pt/C) iha ánodu. Hanesan hatudu iha Figura 2d, BPM ida ne'ebé maka iha tendénsia ba oin ne'ebé maka hamosu protón sira iha ánodu investiga ona antes atu atinji produsaun ásidu fórmiku. Unidade sintonia BPM falla hafoin minutu 40 operasaun ho korrente 200 mA/cm2, akompaña ho aumentu tensaun liu 5 V (Fig. 2e). Hafoin teste, delaminasaun ne'ebé klaru hetan observasaun iha interfase CEM/AEM. Aleinde formatu, anion sira hanesan karbonatu, bikarbonatu no hidróxidu bele mós liuhosi membrana AEM no halo reasaun ho protón sira iha interfase CEM/AEM hodi produz gás CO2 no bee líkidu, ne'ebé hamosu delaminasaun BPM (Fig. 2f) no, ikusmai hamosu fallansu sélula nian.
Bazeia ba dezempeñu no mekanizmu fallansu sira hosi konfigurasaun iha leten, arkitetura MEA foun ida maka propoin hanesan hatudu iha Figura 1c no detallu iha Figura 3a38. Iha ne'e, kamada PCEM fornese dalan ida ba migrasaun ásidu fórmiku no anion sira hosi interfase CEM/AEM, nune'e hamenus akumulasaun substánsia nian. Iha tempu hanesan, dalan interstisiál PCEM dirije ásidu fórmiku ba iha meiu difuzaun no kampu fluxu, hodi hamenus posibilidade ba oxidasaun ásidu fórmiku. Rezultadu polarizasaun sira uza AEM sira ho espessura 80, 40 no 25 mm hatudu iha Figura 3b. Hanesan hein, maski tensaun jerál sélula nian aumenta ho aumentu AEM nia mahar, uza AEM ne'ebé mahar liu prevene difuzaun kotuk hosi ásidu fórmiku, nune'e aumenta pH katódu no hamenus produsaun H2 (Fig. 3c–e).
a Ilustrasaun hosi estrutura MEA ho AEM no CEM perfuradu no dalan transporte ásidu fórmiku oioin. b Tensaun sel iha densidade korrente ne'ebé diferente no espessura AEM ne'ebé diferente. iha EE iha densidade korrente oioin ho espessura AEM 80 μm (d) 40 μm, e) 25 μm. Barra erru sira reprezenta deviasaun padraun ne'ebé sukat hosi amostra tolu ketak. f Rezultadu sira simulasaun nian hosi konsentrasaun ásidu fórmiku no valór pH iha interfase CEM/AEM iha espessura AEM oioin. f PC no pH iha kamada katodu katalizadór nian ho espessura filme AEM ne'ebé diferente. g Distribuisaun dimensaun rua hosi konsentrasaun ásidu fórmiku ho interfase CEM/AEM no perfurasaun.
Figura S2 hatudu distribuisaun konsentrasaun ásidu fórmiku no pH iha MEA nia espessura uza modelajen elementu finitu Poisson-Nernst-Planck. La'ós surpreza katak konsentrasaun aas liu hosi ásidu fórmiku, 0.23 mol/L, maka observa iha interfase CEM/AEM, tanba ásidu fórmiku forma iha interfase ida-ne'e. Konsentrasaun ásidu fórmiku liuhosi AEM tun lalais liu bainhira AEM nia mahar aumenta, ne'ebé indika rezisténsia boot liu ba transferénsia massa no menus fluxu ásidu fórmiku tanba difuzaun kotuk. Figura 3 f no g hatudu pH no valór sira ásidu fórmiku nian iha kama katalizadór katodu nian ne'ebé kauza hosi difuzaun kotuk no distribuisaun dimensaun rua hosi konsentrasaun ásidu fórmiku, respetivamente. Membrana AEM ne'ebé mihis liu, konsentrasaun ásidu fórmiku nian besik katodu aas liu, no pH katodu nian sai ásidu. Tanba ne'e, maski membrana AEM ne'ebé mahar liu rezulta iha lakon ómiku ne'ebé aas liu, sira maka krítiku atu prevene difuzaun fila fali hosi ásidu fórmiku ba katódu no maximiza pureza aas hosi sistema ásidu fórmiku FE. Ikus liu, aumenta AEM nia mahar ba 80 μm rezulta iha FE >75% ba ásidu fórmiku iha <2 V no 300 mA/cm2 ba área sélula 25 cm2.
Atu koko estabilidade husi arkitetura bazeia ba PECM ida-ne'e, korrente bateria nian mantein iha 200 mA/cm2 durante oras 55 nia laran. Rezultadu jerál sira hatudu iha Figura 4, ho rezultadu sira hosi oras 3 dahuluk ne'ebé destaka iha Figura S3. Bainhira uza katalizadór anódiku Pt/C, tensaun sélula nian aumenta maka'as iha minutu 30 dahuluk (Figura S3a). Iha períodu tempu ne'ebé naruk liu, tensaun sélula nian kuaze konstante nafatin, hodi fornese taxa degradasaun 0.6 mV/h (Fig. 4a). Iha inísiu teste nian, PV husi ásidu fórmiku ne'ebé halibur iha ánodu maka 76.5% no PV husi idrojéniu ne'ebé halibur iha katódu maka 19.2%. Hafoin oras dahuluk teste nian, FE hidrojéniu tun ba 13.8%, ne'ebé indika seletividade formatu ne'ebé di'ak liu. Maibé, taxa oxidasaun hosi ásidu fórmiku iha sistema tun ba 62.7% iha oras 1 nia laran, no taxa oxidasaun hosi ásidu fórmiku anódiku aumenta hosi kuaze zero iha inísiu teste nian ba 17.0%. Tuir mai, FE husi H2, CO, ásidu fórmiku no taxa oxidasaun anódika husi ásidu fórmiku mantein estavel durante esperimentu. Aumentu iha oxidasaun ásidu fórmiku durante oras dahuluk bele tanba akumulasaun ásidu fórmiku iha interfase PCEM/AEM. Nu'udar konsentrasaun ásidu fórmiku aumenta, ida-ne'e la'ós de'it sai liuhosi perfurasaun membrana nian, maibé mós difuza liuhosi FEM rasik no tama iha kamada ánodu Pt/C. Tanba ásidu fórmiku maka líkidu ida iha 60°C, nia akumulasaun bele hamosu problema sira transferénsia massa nian no rezulta iha oxidasaun preferensiál duké idrojéniu.
a Tensaun sélula nian hasoru tempu (200 mA/cm2, 60 °C). Inset hatudu imajen mikroskópiu óptiku ida hosi sesaun transversál ida hosi MEA ida ho EM perfuradu ida. Barra eskala: 300 μm. b Pureza husi PE no ásidu fórmiku hanesan funsaun husi tempu iha 200 mA/cm2 uza ánodu Pt/C.
Morfolojia hosi amostra sira iha inísiu teste nian (BOT) durante preparasaun no iha teste nia rohan (EOT) hafoin 55 h hosi teste estabilidade nian karakteriza uza tomografia komputadór nano-X-ray (nano-CT), hanesan hatudu iha Figura 5 a. Amostra EOT iha medida partikula katalizadór ne'ebé boot liu ho diámetru 1207 nm kompara ho 930 nm ba BOT. Imajen sira hosi mikroskopia eletróniku transmisaun kampu nakukun anular ho ângulu aas (HAADF-STEM) no rezultadu sira hosi espektroskopia raiu-X dispersivu enerjia (EDS) hatudu iha Figura 5b. Enkuantu kamada katalizadór BOT kontein maioria hosi partikula katalizadór ki'ik sira no mós aglomeradu boot sira, iha faze EOT kamada katalizadór bele fahe ba rejiaun rua ne'ebé distintu: ida ho partikula sólidu sira ne'ebé boot liu no ida seluk ho rejiaun sira ne'ebé porozu liu. Númeru partikula ki'ik sira. Imajen EDS hatudu katak partikula sólidu boot sira riku ho Bi, karik Bi metáliku, no rejiaun porozu sira riku ho oksijéniu. Bainhira sélula ne'e funsiona ho 200 mA/cm2, potensiál negativu hosi kátodu sei hamosu redusaun hosi Bi2O3, hanesan hatudu hosi rezultadu sira espektroskopia absorsaun raiu-X in situ ne'ebé diskute iha kraik. Rezultadu sira mapeamentu HAADF-STEM no EDS nian hatudu katak Bi2O3 hetan prosesu redusaun ida, ne'ebé halo sira lakon oksijéniu no aglomera ba partikula metál sira ne'ebé boot liu. Padraun difrasaun raiu-X husi kátodu BOT no EOT konfirma interpretasaun husi dadus EDS (Fig. 5c): detekta de'it Bi2O3 kristalina iha kátodu BOT, no hetan bimetal kristalina iha kátodu EOT. Atu komprende efeitu husi potensiál katodu iha estadu oxidasaun husi katalizadór katodu Bi2O3, temperatura varia husi potensiál sirkuitu nakloke (+0.3 V vs RHE) to'o -1.5 V (vs RHE). Observa katak faze Bi2O3 hahú atu redús iha -0.85 V relativamente ba RHE, no diminuisaun iha intensidade liña mutin nian iha rejiaun ninin espektru nian indika katak Bi metáliku redús ba 90% husi RHE iha -1.1. V hasoru RHE (Fig. 5d). La haree ba mekanizmu, seletividade jerál formatu nian iha katódu esensialmente la muda, hanesan infere hosi H2 no CO FE no formasaun ásidu fórmiku, maski iha mudansa signifikativu iha morfolojia katódu nian, estadu oxidasaun katalizadór nian, no estrutura mikrokristalina.
a Estrutura dimensaun tolu hosi kamada katalizadór no distribuisaun hosi partikula katalizadór nian ne'ebé hetan uza nano-X-ray CT. Barra eskala: 10 μm. b Top 2: Imajen HAADF-STEM husi kamada katodu husi katalizadór BOT no EOT. Barra eskala: 1 μm. Iha kraik 2: Imajen HADF-STEM no EDX ne'ebé aumenta hosi kamada katodu hosi katalizadór EOT. Barra eskala: 100 nm. c Padraun difrasaun raiu-X husi amostra katodu BOT no EOT. d Espektru absorsaun raiu-X in situ husi eletrodu Bi2O3 iha 0.1 M KOH hanesan funsaun husi potensiál (0.8 V to'o -1.5 V vs. RHE).
Atu determina loloos oportunidade saida maka eziste atu hadi'a efisiénsia enerjétika liuhosi inibisaun oxidasaun ásidu fórmiku, uza eletrodu referénsia H2 ida hodi identifika kontribuisaun hosi lakon tensaun39. Iha densidade korrente menus husi 500 mA/cm2, potensiál katodu nian mantein iha -1.25 V nia okos. Potensiál anódiku fahe ba parte prinsipál rua: densidade korrente troka nian HOR no sobretensaun teóriku HOR 40 ne'ebé maka prevee ona husi ekuasaun Bulter-Volmer ne'ebé maka sukat uluk, no parte restu maka tanba ásidu oxidadu. Tanba kinétika reasaun ne'ebé neineik liu kompara ho HOR41, taxa ki'ik hosi reasaun oxidasaun ásidu fórmiku iha ánodu bele rezulta iha aumentu signifikativu iha potensiál anódiku. Rezultadu sira hatudu katak inibisaun kompletu hosi oxidasaun anódika ásidu fórmiku bele halakon sobretensaun besik 500 mV.
Atu koko estimativa ida-ne'e, taxa fluxu bee deionizadu (DI) iha entrada anódu nian hetan variasaun hodi hamenus konsentrasaun ásidu fórmiku efluente nian. Figura 6b no c hatudu FE, konsentrasaun ásidu fórmiku, no tensaun sélula nian hanesan funsaun ida hosi fluxu DI iha ánodu iha 200 mA/cm2. Nu'udar taxa fluxu bee deionizadu aumenta hosi 3.3 mL/min ba 25 mL/min, konsentrasaun ásidu fórmiku iha ánodu tun hosi 0.27 mol/L ba 0.08 mol/L. Iha komparasaun, uza estrutura sanduíche ne'ebé propoin hosi Xia et al. 30 konsentrasaun ásidu fórmiku 1.8 mol/L hetan iha 200 mA/cm2. Hamenus konsentrasaun hadi'a FE jerál hosi ásidu fórmiku no hamenus FE hosi H2 tanba pH katodu nian sai alkalinu liu tanba hamenus difuzaun kotuk hosi ásidu fórmiku. Konsentrasaun ásidu fórmiku ne'ebé redús iha fluxu DI másimu mós virtualmente halakon oxidasaun ásidu fórmiku, hodi rezulta iha tensaun totál sélula nian menus uitoan hosi 1.7 V iha 200 mA/cm2. Temperatura bateria nian mós afeta dezempeñu jerál, no rezultadu sira hatudu iha Figura S10. Maibé, arkitetura sira bazeia ba PCEM bele hadi'a signifikativamente efisiénsia enerjétika iha inibisaun oxidasaun ásidu fórmiku, tantu liuhosi utilizasaun katalizadór anódiku sira ho hadi'a seletividade idrojéniu nian ba ásidu fórmiku ka liuhosi operasaun dispozitivu nian.
a Avaria tensaun sélula nian uza eletrodu H2 referénsia sélula nian ne'ebé funsiona iha 60 °C, ánodu Pt/C no 80 μm AEM. b Konsentrasaun FE no ásidu fórmiku ne'ebé halibur iha 200 mA/cm2 uza taxa fluxu diferente husi bee deionizadu anódiku. c Bainhira anodu halibur ásidu fórmiku iha konsentrasaun oioin, tensaun sélula nian maka 200 mA/cm2. Barra erru nian reprezenta deviasaun padraun hosi sasukat tolu ne'ebé diferente. d Folin mínimu fa'an nian ne'ebé fahe tuir dezempeñu iha taxa fluxu bee deionizadu oioin uza folin eletrisidade médiu industriál nasionál US$0.068/kWh no US$4.5/kg idrojéniu. (*: Estadu oxidasaun mínimu hosi ásidu fórmiku iha ánodu maka 10 M FA, presu eletrisidade industriál médiu nasionál maka $0.068/kWh, no idrojéniu maka $4.5/kg. **: Estadu oxidasaun mínimu maka asume katak ásidu fórmiku. Konsentrasaun FA iha ánodu maka 13 M, presu eletrisidade ne'ebé hein iha futuru maka ánodu. $0.03/kWh, no liña pontuadu reprezenta folin merkadu 85 wt% FA.
Análize tekno-ekonómiku (TEA) ida hala'o ona hodi hetan folin mínimu fa'an nian hosi montajen kombustível sira iha kondisaun operasionál oioin, hanesan hatudu iha Figura 5d. Métodu sira no dadus antesedente sira ba TEA bele hetan iha SI. Bainhira konsentrasaun LC iha eskotu anodu nian aas liu, maski iha tensaun sélula nian ne'ebé aas liu, kustu jerál hosi montajen kombustível nian redús tanba redusaun iha kustu separasaun nian. Se oxidasaun anódika husi ásidu fórmiku bele minimiza liuhosi dezenvolvimentu katalizadór ka teknolojia eletrodu, kombinasaun husi tensaun sélula ne'ebé ki'ik liu (1.66 V) no konsentrasaun FA ne'ebé aas liu iha efluente (10 M) sei hamenus kustu produsaun FA eletrokímika ba 0.74 dolar amerikanu/kg (bazeia ba eletrisidade). presu) $0.068/kWh no $4.5/kg hidrojéniu42. Aleinde ne'e, bainhira kombina ho kustu projetadu futuru ba eletrisidade renovável $0.03/kWh no idrojéniu $2.3/kg, alvu bee-fo'er FA nian redús ba millaun 1.3, hodi rezulta iha kustu produsaun projetadu finál maka US$0.66/kg43. Ida-ne'e komparavel ho folin sira iha merkadu atuál. Nune'e, esforsu sira iha futuru ne'ebé foka ba materiál no estrutura eletrodu nian bele hamenus liután anodizasaun enkuantu permite operasaun iha tensaun sélula nian ne'ebé ki'ik liu hodi produz konsentrasaun LC ne'ebé aas liu.
Iha sumáriu, ami estuda ona estrutura MEA zero-gap oioin ba redusaun CO2 ba ásidu fórmiku no propoin estrutura ida ne'ebé kontein membrana bipolar kompostu ho tendénsia ba oin inklui membrana troka kation perfuradu (PECM) hodi fasilita interfase transferénsia massa membrana nian ba ásidu fórmiku ne'ebé rezulta. . Konfigurasaun ida-ne'e hamosu >96% ásidu fórmiku iha konsentrasaun sira to'o 0.25 M (iha taxa fluxu DI anódu nian 3.3 mL/min). Iha taxa fluxu DI ne'ebé aas liu (25 mL/min), konfigurasaun ida-ne'e fornese densidade korrente >80% FE husi 200 mA/cm2 iha 1.7 V uza área sélula 25 cm2. Iha taxa DI anódiku moderadu (10 mL/min), konfigurasaun PECM mantein tensaun ne'ebé estável no nível FE ásidu fórmiku ne'ebé aas durante 55 h husi teste iha 200 mA/cm2. Estabilidade no seletividade aas ne'ebé hetan hosi katalizadór sira ne'ebé disponivel komersialmente no materiál membrana polimérika sira bele hadi'a liután liuhosi kombina sira ho eletrokatalizadór sira ne'ebé optimizadu. Servisu tuir mai sei foka ba ajustamentu kondisaun operasaun, seletividade katalizadór anodu, no estrutura MEA hodi hamenus oxidasaun ásidu fórmiku, hodi rezulta iha efluente ne'ebé konsentradu liu iha tensaun sélula ne'ebé ki'ik liu. Aprosimasaun simples atu uza dióxidu karbonu ba ásidu fórmiku ne'ebé aprezenta iha ne'e halakon nesesidade ba kámara anólitu no katólitu, komponente sanduíche, no materiál espesialidade sira, nune'e aumenta efisiénsia enerjia sélula nian no hamenus kompleksidade sistema nian, hodi halo fasil liu atu hasa'e eskala. Konfigurasaun ne'ebé propoin fornese plataforma ida ba dezenvolvimentu futuru hosi sentrál konversaun CO2 ne'ebé téknikamente no ekonomikamente viável.
Eseptu hateten oin seluk, materiál no solvente hotu-hotu ho grau kímiku uza hanesan simu ona. Katalizadór óxidu bismutu (Bi2O3, 80 nm) sosa hosi US Research Nanomaterials, Inc. Pó polímeru (AP1-CNN8-00-X) fornese hosi IONOMR. Omnisolv® marka N-propanol (nPA) no bee ultra-moos (18.2 Ω, sistema purifikasaun bee Milli–Q® Advantage A10) sosa hosi Millipore Sigma. Metanol no asetona ne'ebé sertifikadu ho ACS sosa hosi VWR Chemicals BDH® no Fisher Chemical, respetivamente. Pó polímeru kahur ho mistura asetona no metanol iha proporsaun 1:1 tuir pezu hodi hetan dispersaun polímeru ho konsentrasaun 6.5 wt.%. Prepara tinta katalítika hodi kahur 20g Bi2O3, bee ultra-moos, nPA no dispersaun ionómeru iha frasku 30ml. Kompozisaun ne'e kontein 30 wt.% katalizadór, rásiu massa ionómeru ba katalizadór 0.02 no rásiu massa alkol ba bee 2:3 (40 wt.% nPA). Molok kahur, 70g husi Glen Mills 5mm zirconia material grinding nian aumenta ba mistura. Amostra sira tau iha rolu botir dijitál FisherbrandTM ho 80 rpm durante oras 26 nia laran. Husik tinta ne'e tuur durante minutu 20 molok aplika. Tinta Bi2O3 aplika ba aplikadór automátiku Qualtech (QPI-AFA6800) uza 1/2′′ x 16′′ laboratóriu wirewound refill (RD Specialties – 60 mil diámetru) iha 22°C. 5 mL husi tinta katalítika aplika ba 7.5 x 8 polegadas Sigraacet 39 BB gas karbonu difuzaun portadór (armazenamentu sélula kombustível) liuhosi depozisaun vara ho velosidade média fiksu 55 mm/seg. Transfere eletrodu sira ne'ebé revestidu ba fornu no maran iha 80 °C. Prosesu revestimentu ho ai-riin no imajen sira hosi revestimentu GDE nian hatudu iha Figura S4a no b. Instrumentu fluoressénsia raiu-X (XRF) ida (Fischerscope® XDV-SDD, Fischer-Technolgy Inc. USA) konfirma katak karga GDE ne'ebé revestidu maka 3.0 mg Bi2O3/cm2.
Ba konfigurasaun membrana kompostu ne'ebé kontein membrana troka anion (AEM) no CEM perfuradu. Nafion NC700 (Chemours, EUA) ho espessura nominal 15 μm uza hanesan kamada CEM. Katalizadór anódiku rega diretamente ba FEM ho rásiu ionómeru ba karbonu 0.83 no área kobertura 25 cm2. Platina ne'ebé suporta ho área superfísie ne'ebé boot (50 wt.% Pt/C, TEC 10E50E, metal presiozu TANAKA) ho karga 0.25 mg Pt/cm2 uza hanesan katalizadór anodu. Nafion D2020 (Ion Power, EUA) uza hanesan ionómeru ba kamada anódu katalizadór nian. Perfurasaun CEM hala'o liuhosi tesi liña paralelu sira iha filme CEM ho intervalu 3mm. Detallu sira hosi prosesu perfurasaun nian hatudu iha Figura S12b no c. Uza tomografia komputadór raiu-X, konfirma katak lakuna perfurasaun maka 32.6 μm, hanesan hatudu iha Figura S12d no e. Durante montajen sélula nian, membrana CEM perfuradu ida ne'ebé revestidu ho katalizadór tau iha surat-tahan Toray 25 cm2 (5 wt% PTFE ne'ebé trata, Fuel Cell Store, EUA). Membrana AEM ida (PiperION, Versogen, EUA) ho espessura 25, 40 ka 80 μm tau iha CEM nia leten no depois iha katodu GDE. Membrana AEM tesi ba pedasuk 7.5 × 7.5 cm hodi taka kampu fluxu tomak no rega durante kalan tomak iha solusaun hidróxidu potássiu 1 M molok monta. Tantu anodu no katodu uza espasador PTFE ne'ebé maka mahar sufisiente atu atinji kompresiaun GDE ótimu 18%. Detallu sira kona-ba prosesu montajen bateria nian hatudu iha Figura S12a.
Durante teste, sélula ne'ebé monta ona mantein iha 60 °C (30, 60, no 80 °C ba estudu sira dependénsia temperatura nian) ho 0.8 L/min hosi gás idrojéniu ne'ebé fornese ba ánodu no 2 L/min hosi dióxidu karbonu ne'ebé fornese ba kátodu. Tantu korrente ar anódiku no katódiku hetan umidade iha umidade relativa 100% no presaun katódiku absoluta 259 kPa. Durante operasaun, fluxu gás katodu nian kahur ho solusaun 1 M KOH ho taxa 2 mL/min hodi promove utilizasaun kama katalizadór katodu nian no kondusaun iónika. Kahur gás anodu ida ho bee deionizadu ho taxa 10 ml/min hodi hasai ásidu fórmiku iha anodu. Detallu sira hosi input no output dispozitivu nian hatudu iha Figura S5. Gás eskotu katodu nian kontein CO2 no hamosu CO no H2. Vapor bee nian hasai liuhosi kondensadór (troka manas ho temperatura ki'ik iha 2°C). Gás restu sei halibur ba análize tempu gás nian. Fluxu anodu nian sei liu mós hosi kondensadór ida hodi haketak líkidu hosi gás. Bee-fo'er sei halibur iha frasku sira ne'ebé moos no analiza uza kronometria líkidu hodi kuantifika ásidu fórmiku ne'ebé produz. Teste eletrokímiku sira hala'o uza potensiostatu Garmy (númeru referénsia 30K, Gamry, EUA). Molok sukat kurva polarizasaun, sélula hetan kondisionamentu dala 4 iha intervalu entre 0 to'o 250 mA/cm2 uza voltametria lineár ho taxa eskaneamentu 2.5 mA/cm2. Kurva polarizasaun sira hetan iha modo galvanostátiku ho sélula ne'ebé kaer iha densidade korrente ida durante minutu 4 molok foti amostra hosi gás katodu no líkidu anólitu.
Ami uza eletrodu referénsia hidrojéniu iha MEA hodi haketak potensiál katodu no anódiku. Estrutura husi eletrodu referénsia nian hatudu iha Figura S6a. Membrana Nafion ida (Nafion 211, IonPower, EUA) uza hanesan ponte ióniku ida hodi liga membrana MEA no eletrodu referénsia. Rohan ida husi tira Nafion nian liga ba eletrodu difuzaun gás 1 cm2 (GDE) ne'ebé karrega ho 0.25 mg Pt/cm2 (50 wt% Pt/C, TEC10E50E, TANAKA Precious Metals) ne'ebé rega iha 29BC carbon paper (Fuel Cell Store, USA). ). Hardware espesiál polietereterketona (PEEK) uza atu taka ho gás no asegura kontaktu di'ak entre tira GDE no Nafion, no atu liga eletrodu referénsia ba hardware sélula kombustível nian. Rohan seluk husi tira Nafion nian liga ba ninin ne'ebé sai husi bateria CEM. Figura S6b hatudu seksaun transversál hosi eletrodu referénsia ne'ebé integradu ho MEA.
Hafoin gás eskotu liu hosi kondensadór no separadór gás-líkidu, amostra gás sira foti hosi katódu. Gás ne'ebé halibur ona analiza pelumenus dala tolu uza 4900 Micro GC (peneira molekulár 10 μm, Agilent). Amostra sira rekolla iha saku amostra gás alumíniu multi-kamada inerte SupelTM (Sigma-Aldrich) ba períodu tempu espesífiku ida (segundu 30) no hatama manualmente iha kromatografia mikrogás iha oras rua nia laran hafoin rekolla. Temperatura injesaun nian tau iha 110°C. Monóxidu karbonu (CO) no idrojéniu (H2) haketak iha koluna 10 m MS5A ne'ebé manas (105 °C) ho presaun (28 psi) uza argon (Matheson Gas-Matheson Purity) hanesan gás portadór. Ligasaun sira-ne'e detekta uza Detetór Kondutividade Térmika (TCD) ne'ebé maka inkorporadu. Kromatograma GC no kurva kalibrasaun CO no H2 hatudu iha Figura S7. Amostra sira hosi ásidu fórmiku líkidu nian rekolla hosi ánodu ba tempu espesífiku ida (segundu 120) no filtra uza filtru seringa PTFE 0.22 μm ba iha frasku 2 mL. Produtu líkidu sira iha frasku sira analiza uza sistema Agilent 1260 Infinity II bioinerte kromatografia líkidu ho dezempeñu aas (HPLC), iha ne'ebé 20 μl hosi amostra injeta liuhosi autosampler (G5668A) ho faze móvel hosi 4 mM ásidu sulfúriku (H2SO4). ) ho taxa fluxu 0.6 ml/min (bomba kuaternária G5654A). Produtu sira haketak iha manas (35°C, fornu koluna G7116A) Aminex HPX-87H 300 × 7.8 mm (Bio-Rad) ne'ebé maka antesede ho koluna protesaun Micro-Guard Cation H. Ásidu fórmiku hetan detekta uza detektor array diodo (DAD). iha komprimentu onda 210 nm no largura banda 4 nm. Kromatograma HPL no kurva kalibrasaun padraun ásidu fórmiku hatudu iha Figura S7.
Produtu gás (CO no H2) FE kalkula uza ekuasaun tuirmai, no totál mol gás nian kalkula uza ekuasaun gás ideál:
Entre sira: \({n}_{i}\): númeru eletrón sira iha reasaun eletrokímika ida. \(F\): Faraday nia konstante. \({C}_{i}\): Konsentrasaun produtu líkidu HPLC. \(V\): volume amostra líkidu ne'ebé halibur iha tempu t ne'ebé determinadu. \(j\): densidade korrente. \(A\): Área jeométriku husi eletrodu (25 cm2). \(t\): períodu tempu amostrajen nian. \(P\): presaun absoluta. \({x}_{i}\): Persentajen mol husi gás ne'ebé determina husi GC. \(R\): konstante gás nian. \(T\): temperatura.
Konsentrasaun husi katiaun anódiku sira kuantifika uza espektroskopia emisaun atómika plasma akopladu indutivamente (ICP-OES). Kation sira ne'ebé bele lixivia ka difuzaun ba iha anode inklui Ti, Pt, Bi no K. Ho exesaun ba K, kation sira seluk hotu iha limite deteksaun nia okos. Forma ion sira iha solusaun hodi husik anódu atu par ho protón sira ka katiaun sira seluk. Tanba ne'e, pureza husi ásidu fórmiku bele kalkula hanesan
Produsaun formate/FA reprezenta kuantidade FA ne'ebé produz kada kWh eletrisidade ne'ebé konsume uza konfigurasaun MEA partikulár, iha mol/kWh. Ida-ne'e kalkula bazeia ba densidade korrente, tensaun sélula no efisiénsia Faraday iha kondisaun operasionál espesífiku sira.
Kalkula kuantidade ásidu fórmiku ne'ebé oxida iha ánodu bazeia ba balansu massa jerál. Reasaun kompetisaun tolu akontese iha katodu: evolusaun hidrojéniu, redusaun CO2 ba CO, no redusaun CO2 ba ásidu fórmiku. Tanba ita iha prosesu oxidasaun asidu formiku iha Anton, asidu formiku FE bele fahe ba parte rua: koleksaun asidu formiku no oxidasaun asidu formiku. Balansu massa jerál bele hakerek hanesan:
Ami uza GC hodi kuantifika kuantidade sira hosi ásidu fórmiku, idrojéniu, no CO ne'ebé halibur hosi HPLC. Tenke nota katak maioria hosi ásidu fórmiku rekolla hosi ánodu uza konfigurasaun ne'ebé hatudu iha Figura Suplementár S5. Kuantidade formatu ne'ebé halibur hosi kámara katodu nian la signifikativu, maizumenus orden rua hosi magnitude menus, no hamutuk menus hosi 0.5% hosi kuantidade totál SC nian.
Modelu transporte kontínuu ne'ebé uza iha ne'e bazeia ba serbisu anteriór kona-ba sistema sira ne'ebé hanesan34. Sistema akopladu ida hosi ekuasaun Poisson-Nerst-Planck (PNP) uza hodi determina konsentrasaun bee no potensiál eletrostátiku iha faze kondusaun eletróniku no ióniku. Vizaun jerál detallu ida kona-ba ekuasaun subjasente sira no jeometria modelu nian fó iha SI.
Sistema ida-ne'e determina konsentrasaun hosi substánsia akuoza ualu (\({{{{{{\rm{C}}}}}}}{{{{{\rm{O}}}}}}}_{2 \left ({{{{{{\rm{aq}}}}}}\right)}\), \({{{{\rm{}}}}}}\), \({{{{\}}}}}}}}}}, ({{{{{\rm{O}}}}}}{{{{{\rm{H}}}}}}}{-}\), \({{{ {{{ \rm{ HCO}}}}}}}}_{3}^{-}\), \({{{{{\rm{CO}}}}}}}}_{{{{{\rm{CO}}}}}}}}}}}}}}}}} 2}} \}} ({{{{{\rm{HCOOH}}}}}}}\), \({{{{{{\rm{HCOO}}}}}}}}}{- }\) no \({{{ {{{\rm{K}}}}}}}^{+}\)), potensiál eletrostátiku iha faze kondusaun iónika (\(I\{I \{}) no anódic kondutividade. Potensiál eletrostátiku sira iha faze sira (\({\phi }_{A}\) no \({\phi }_{C}\) respetivamente). Envezde, la realiza neutralidade elétrika lokál ka funsaun distribuisaun karga nian, rejiaun karga espasu nian rezolve diretamente uza ekuasaun Poisson nian; Aprosimasaun ida-ne'e permite ita atu modela diretamente efeitu sira repulsaun Donnan nian iha interfase CEM|AEM, CEM|Pore, no AEM|Pore. Aleinde ne'e, teoria eletrodu porozu (PET) uza hodi deskreve transporte karga iha kamada anódiku no katódiku katalizadór nian. Tuir autór sira nia koñesimentu, serbisu ida-ne'e reprezenta aplikasaun dahuluk PET nian iha sistema sira ho rejiaun karga espasu oioin.
Amostra katodu GDE BOT no EOT koko uza Zeiss Xradia 800 Ultra ho fonte raiu-X 8.0 keV, modo absorsaun no kampu luan, no fuzaun imajen1. Imajen 901 maka rekolla hosi -90° to'o 90° ho tempu espozisaun 50 segundu. Rekonstrusaun hala'o uza filtru projesaun kotuk ho medida voxel 64 nm. Análize ba segmentasaun no distribuisaun medida partikula nian hala'o uza kódigu ne'ebé hakerek espesialmente.
Karakterizasaun mikroskópiku eletróniku envolve inkorporasaun MEAs teste nian iha resin epoksi hodi prepara ba seksaun ultrafina ho katana diamante. Seksaun transversál husi MEA ida-idak tesi ho espessura 50 to'o 75 nm. Mikroskópiu eletróniku transmisaun Talos F200X (Thermo Fisher Scientific) uza ba medisaun mikroskopia eletróniku transmisaun eskaneamentu (STEM) no espektroskopia raiu-X dispersivu enerjia (EDS). Mikroskópiu ne'e ekipadu ho sistema EDS Super-X ho detetór SDD 4 ne'ebé laiha janela no funsiona ho 200 kV.
Padraun difrasaun raiu-X pó (PXRD) hetan iha difraktómetru raiu-X pó Bruker Advance D8 ho radiasaun Cu Kα filtradu Ni ne'ebé funsiona iha 40 kV no 40 mA. Alkanse eskaneamentu nian maka hosi 10° to'o 60°, medida pasu nian maka 0.005°, no velosidade akizisaun dadus nian maka segundu 1 kada pasu.
Espektru RAS iha katalizadór Bi2O3 Bi L3 nia ninin sukat hanesan funsaun ida hosi potensiál uza sélula ne'ebé halo iha uma. Tinta ionómeru katalítiku Bi2O3 prepara uza 26.1 mg Bi2O3 kahur ho solusaun ionómeru 156.3 μL (6.68%) no neutraliza ho 1 M KOH, bee (157 μL) no alkol isopropil (104 μL) hodi hetan tinta ionómeru. Koefisiente katalizadór maka 0.4. Tinta ne'e aplika ba folha grafenu iha fatin rektangulár (10×4 mm) to'o karregamentu katalizadór Bi2O3 atinji 0.5 mg/cm2. Restu hosi folha grafenu nian taka ho Kapton hodi izola área sira-ne'e hosi eletrólitu. Folha grafenu ne'ebé revestidu ho katalizadór hatama entre PTFE rua no asegura ba korpu sélula nian (PEEK) ho parafuzu sira, Figura S8. Hg/HgO (1 M NaOH) sai hanesan eletrodu referénsia, no surat-tahan karbonu sai hanesan eletrodu kontra. Eletrodu referénsia Hg/HgO nian kalibra uza arame platina ne'ebé mergulha iha KOH 0.1 M ne'ebé saturadu ho idrojéniu hodi konverte potensiál hotu-hotu ne'ebé sukat ba eskala eletrodu idrojéniu reversível (RHE). Espektru XRD hetan liuhosi monitorizasaun ba potensiál husi eletrodu traballu Bi2O3/folha grafenu ne'ebé mergulha iha 0.1 M KOH, manas to'o 30 °C. Eletrólitu sirkula iha bateria, ho entrada eletrólitu nian iha sélula nia okos no saída iha leten hodi asegura katak eletrólitu kontaktu ho kamada katalizadór nian bainhira bolu sira forma. Potensiostatu CH Instruments 760e uza hodi kontrola potensiál eletrodu traballu nian. Sekuénsia potensiál maka sirkuitu nakloke potensiál: -100, -200, -300, -400, -500, -800, -850, -900, -1000, -1100, -1500 no +700 mV depende ba RHE. Potensiál iR hotu-hotu ajusta ona.
Bi L3 borda (~13424 eV ba Bi metal) espektroskopia estrutura ki'ik absorsaun raiu-X (XAFS) hala'o iha kanál 10-ID, Fonte Foton Avansadu (APS), Laboratóriu Fluoresénsia Nasionál Argonne. Laboratóriu Nasionál ba Medisaun Modelu nian. Monokromador Si(111) ho kristal rua ne'ebé malirin ho nitrojéniu líkidu uza hodi sintoniza enerjia raiu-X, no espellu ho revestimentu ródiu uza hodi hamenus konteúdu armóniku. Enerjia sira eskaneamentu nian varia hosi 13200 to'o 14400 eV, no fluoressénsia sukat uza array diodo PIN silikon 5 × 5 lahó filtru ka fenda Soller. Enerjia kruzamentu zero hosi derivadu daruak kalibra iha 13271.90 eV liuhosi ninin L2 hosi foil Pt. Tanba espessura hosi sélula eletrokímika, la posivel atu sukat espektru hosi padraun referénsia nian iha tempu hanesan. Nune'e, mudansa kalkuladu hosi eskaneamentu ba eskaneamentu iha enerjia raiu-X insidente maka ±0.015 eV bazeia ba sasukat sira ne'ebé repete iha esperimentu tomak. Espessura husi kamada Bi2O3 lori ba grau ida husi auto-absorsaun husi fluoressénsia; eletrodu sira mantein orientasaun ne'ebé metin relativamente ba raiu insidente no detetór, hodi halo eskaneamentu hotu-hotu virtualmente hanesan. Espektru XAFS kampu-besik uza hodi determina estadu oxidasaun no forma kímika bismutu nian liuhosi komparasaun ho rejiaun XANES hosi padraun Bi no Bi2O3 uza algoritmu ajustamentu kombinasaun lineár hosi software Athena (versaun 0.9.26). tuir kódigu IFEFFIT 44.
Dadus sira ne'ebé suporta númeru sira iha artigu ida-ne'e no konkluzaun sira seluk hosi estudu ida-ne'e disponivel hosi autór korespondente bainhira iha pedidu razoavel.
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