Electronically‐Coupled Nanocarbon/Imidazole Complex as Mediator for Efficient CO 2 Conversion in a Zn‐CO 2 Flow Battery

材料科学 电池(电) 阴极 催化作用 电子转移 电极 纳米技术 化学工程 吸附 还原(数学) 配对 调解人 功率密度 联轴节(管道) 电化学 流量(数学) 发电 分子间力 流动电池 兴奋剂 功率(物理) 工艺工程 光电子学 储能
作者
Ning Li,Jie Shao,Xuebo Cao,Lin Huang,Li Gu,Jun Wu,Qiao Liang,Q. Li
出处
期刊:Advanced Functional Materials [Wiley]
卷期号:36 (29) 被引量:1
标识
DOI:10.1002/adfm.202518969
摘要

Abstract Metal‐CO 2 battery represents a burgeoning CO 2 utilization technology that combines CO 2 reduction with electricity generation rather than power input, which holds promising applications in the future Mars exploration project. Existing metal‐CO 2 batteries rely heavily on transition‐metal or heteroatom‐doped nanocarbon catalysts to activate CO 2 , which remain challenges of corrosion susceptibility or uncontrollable doping configuration. Herein, it is proposed to design an electronically‐coupled nanocarbon/imidazole ensemble as the mediator to direct CO 2 reduction in a Zn‐CO 2 flow battery. The nanocarbon/imidazole donor–acceptor ensemble is fabricated by coupling butyl imidazole (BI) to a multi‐channel nanocarbon electrode (MCE). The pairing induces intermolecular electron transfer from MCE to the N ‐heterocycle of BI, thus creating an electron‐rich region over BI for efficient CO 2 adsorption and activation. Therefore, under the mediation of the ensemble, the Zn‐CO 2 flow battery can consume CO 2 to co‐generate electricity and CO without the assistance of any transition‐metal or heteroatom‐doped nanocarbon catalysts. In the stimulated Mars atmosphere, the battery can deliver a maximum peak power density of 2.2 mW cm −2 and CO production rate of 3.927 mmol h −1 , comparable to its counterparts using advanced transition‐metal and heteroatom‐doped nanocarbon as the catalytic electrodes.
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