法拉第效率为近期燃料电池等电化学领域常常出现的名词,可理解为实际生成物与理论生成物的百分比。具体求法为Faraday efficiency=,其中m为生成物实际摩尔数,n为反应电子数,F为法拉第常数,即一摩尔电子所含的电量,I为电流,t为时间。
二氧化碳是温室气体的一种重要成分,现今众多的科学家提出了多种方式以望能够减小其在大气中的含量。将二氧化碳转为可供人类使用的能源是最吸引人的方式。这其中电催化由于具有反应易控,原料能够循环利用,生产过程不产生二氧化碳和易于模块化这些优点,成为了二氧化碳催化领域的热点。在众多电催化材料中,Ag具有产物选择性极高,化学性质稳定,对环境无害等优点,因而有学者探究了不同纯度的银对于CO2还原的法拉第效率。
对市售925银、950银、999银和9999银进行了检测,发现前两者Ag纯度未达到标牌要求。分别以上述四种银片作为工作电极,Pt片为对电极,饱和KCl的Ag/Ag Cl电极作为参比电极,0.5mol/L
碳酸氢钾为电解液,测试了其电催化还原
二氧化碳的性能,结果证明950银的过电势最小,为-1.1V;而999银和9999银过电势基本一致,为-1.3V,为最大。在相同电势下,950银的电流密度在大多数电位下比其它高。但对于生成CO的法拉第效率而言,9999银显著高于其它,最高达到60%。在以Ag为催化材料进行电催化还原CO2时,应选择高纯度Ag。
有学者研究了KHCO3,KCL,K2SO4三种电解质对电化学还原CO2的影响,结果表明碳酸氢钾水溶液最适合CO2向醇类产物的电化学转化,在-1.1V时醇类产物的法拉第效率最高。
主要原因可能是氯离子对电极表面有吸附,阻碍了反应的进行,也会有少量的氯气产生。而硫酸根则由于其离子半径较大,没有吸附在电极表面,导致其乙醇的法拉第效率比氯化钾中略高。而KHCO3溶液中醇类法拉第效率较高是因为它具有多重作用。KHCO3不但是缓冲溶液还是支持电解质,有的研究者为其在某些电极反应中还是电活性物质,可以直接被还原成产物。KHCO3能够增加水中的含量,而且在CO2电还原时,一般认为反应的初始活性物质是溶解在溶液中的CO2,然后经过多歩吸附和还原,形成中间物质CO2-,且在反应过程中,HCO3-直接参与反应。