Pt 양극 (2e⁻ 메탄올 산화)

Pt 양극은 메탄올 전해질 내에서 2e⁻ 부분 메탄올 산화를 수행하며, 양성자를 방출하여 Nafion-117 막을 통해 음극액을 산성화하는 동시에 양극에서 포름알데히드 유도체 (FD = dimethoxymethane-DMM + paraformaldehyde-PFA)를 생성한다 (see Yeo et al., Angew. Chem. Int. Ed. (2023)).

정의

• (Pt, Au, GC, Ti) 중에서 양극 FD 생성에 최적인 양극으로 선정되었으며, 이는 4e⁻ (→ 메틸 포르메이트) 또는 6e⁻ (→ CO₂) 경로가 아닌 2e⁻ 산화 경로를 선택적으로 거쳐 포름알데히드를 생성하기 때문이다; 고전자 수 경로는 Au 및 GC에서 선호된다 (see Yeo et al., Angew. Chem. Int. Ed. (2023), Fig. 2e).
• 10 mA cm⁻²에서 평균 양극 FD FE 74.4% (및 25 mA cm⁻²에서 74.4%); 장시간 전기분해 시 최대 90%.

쌍극 셀에서의 역할

두 가지 동시 기능: (i) 2e⁻ 메탄올 산화를 통해 양극에서 FD를 생성하고; (ii) Nafion-117을 통해 음극액을 산성화하는 양성자를 방출하며, 이는 음극에서 진행되는 CO₂ → 포르메이트 → methyl-formate → 포름알데히드 경로에 필수적이다. 양성자 공급을 차단하면 (Ti 양극, paper_208) 음극 FD가 완전히 소멸된다 (Fig. 3b).

Ti 양극 (paper_208)과의 비교. Yeo et al., J. Phys. Chem. C (2022)에서 희생 Ti 양극은 용해되어 루이스 산 (Ti⁴⁺ → BF₃)을 생성하며 FD를 생성하지 않고, methyl-formate를 최종 생성물로 산출한다 (FE 69%). 반면 Pt 양극은 FD를 생성하고 브뢴스테드 양성자를 공급하는 비희생 전기촉매로서, 음극 환원을 한 단계 더 진행시킨다 (MF → 포름알데히드). 양극 반응 유형 (용해 대 전기촉매) 및 음극 환원 깊이 (MF 대 FD)가 두 시스템 간의 두 가지 핵심 차이점이다.

상호관계

dimethoxymethane-DMM (양극 FD)을 생성한다. 양성자 크로스오버를 공급함으로써 Sn-foil-CO₂-cathode의 성능을 향상시킨다. anodic-Lewis-acid-paired-CO2RR 쌍극 전기합성 계열의 일부이다 (후속 구성). 촉매로 분류된다 (비소모 전기촉매; 메탄올이 기질이며, Sn-foil-CO₂-cathode에 사용된 것과 동일한 체계에 따름).