પર્યાવરણીય ચિંતાઓ અને ઊર્જા સંક્રમણના પ્રકાશમાં, ઇલેક્ટ્રોકેમિકલ CO2 રિડક્શન (ECR) થી મૂલ્ય વર્ધિત મલ્ટિકાર્બન (C2+) ઇંધણ અને રસાયણો, નવીનીકરણીય વીજળીનો ઉપયોગ કરીને, વધારાના આર્થિક લાભો સાથે કાર્બન ચક્રને બંધ કરવા માટે એક ભવ્ય લાંબા ગાળાના ઉકેલ રજૂ કરે છે.જો કે, ઓછી પસંદગી, પ્રવૃત્તિ અને સ્થિરતાને કારણે જલીય ઇલેક્ટ્રોલાઇટ્સમાં ઇલેક્ટ્રોકેટાલિટીક C─C જોડાણ હજુ પણ એક ખુલ્લો પડકાર છે.ઉત્પ્રેરક અને રિએક્ટર્સની ડિઝાઇન તે પડકારોને સંબોધવાની ચાવી ધરાવે છે.અમે ECR મારફત કાર્યક્ષમ C─C કપ્લિંગ કેવી રીતે હાંસલ કરવું તે અંગેની તાજેતરની પ્રગતિનો સારાંશ આપીએ છીએ, જેમાં ઇલેક્ટ્રોકેટાલિસ્ટ્સ અને ઇલેક્ટ્રોકેટાલિટીક ઇલેક્ટ્રોડ/રિએક્ટર ડિઝાઇનમાં વ્યૂહરચના અને તેમની અનુરૂપ મિકેનિઝમ્સ પર ભાર મૂકવામાં આવ્યો છે.વધુમાં, વર્તમાન અવરોધો અને C2+ ઉત્પાદન ઉત્પાદન માટેની ભાવિ તકોની ચર્ચા કરવામાં આવી છે.અમે મૂળભૂત સમજણ અને તકનીકી એપ્લિકેશન બંનેમાં વધુ વિકાસ અને પ્રેરણા માટે સમુદાયને અત્યાધુનિક C─C જોડાણ વ્યૂહરચનાઓની વિગતવાર સમીક્ષા પ્રદાન કરવાનો હેતુ ધરાવીએ છીએ.

વાતાવરણમાં કાર્બન ડાયોક્સાઇડ (CO2) ના અતિશય પ્રકાશનથી ગંભીર પર્યાવરણીય પરિણામો સર્જાયા છે અને માનવ સમાજ માટે તાત્કાલિક અને સંભવિત રૂપે બદલી ન શકાય તેવું જોખમ પણ રજૂ કરે છે (1, 2).વાતાવરણીય CO2 સાંદ્રતા 1800 ના દાયકાના પ્રારંભમાં 270 પીપીએમ (મિલિયન દીઠ ભાગો) થી જુલાઈ 2015 માં 401.3 પીપીએમ સુધી ઝડપથી વધી હોવાથી, માનવ પ્રવૃત્તિઓ દ્વારા ઉત્સર્જિત કાર્બન ફૂટપ્રિન્ટને રિસાયક્લિંગ પર વિશ્વવ્યાપી સર્વસંમતિ પહોંચી છે (3, 4).કાર્બન ફૂટપ્રિન્ટ માટેના નજીકના લૂપને સમજવા માટે, એક સંભવિત અભિગમ એ છે કે વર્તમાન ઊર્જા અને રાસાયણિક ઉદ્યોગોની અવલંબનને અશ્મિભૂત ઇંધણથી દૂર કરીને સૌર અને પવન (5-8) જેવા નવીનીકરણીય સ્ત્રોતોમાં સ્થાનાંતરિત કરવી.જો કે, તે પુનઃપ્રાપ્ય સ્ત્રોતોમાંથી ઊર્જાનો અપૂર્ણાંક તેમના તૂટક તૂટક સ્વભાવને કારણે માત્ર 30% સુધી મર્યાદિત છે, સિવાય કે મોટા પાયે ઊર્જા સંગ્રહ માટેના અભિગમો ઉપલબ્ધ ન થાય (9).આથી, એક વિકલ્પ તરીકે, પાવર પ્લાન્ટ્સ જેવા પોઈન્ટ સ્ત્રોતોમાંથી CO2 કેપ્ચર કરવું, ત્યારબાદ રાસાયણિક ફીડસ્ટોક્સ અને ઈંધણમાં રૂપાંતર કરવું, વધુ વ્યવહારિક રીતે સધ્ધર છે (9-12).પુનઃપ્રાપ્ય વીજળીનો ઉપયોગ કરીને ઇલેક્ટ્રોકેટાલિટીક CO2 રિડક્શન (ECR) રૂપાંતરણ માટે જરૂરી હળવા ઓપરેશનની પરિસ્થિતિઓને કારણે એક ભવ્ય લાંબા ગાળાના ઉકેલનું પ્રતિનિધિત્વ કરે છે, જેમાં મૂલ્ય-વર્ધિત ઉત્પાદનો પસંદગીયુક્ત રીતે ઉત્પન્ન કરી શકાય છે (13).ફિગ. 1 માં યોજનાકીય રીતે દર્શાવ્યા મુજબ, આ પ્રક્રિયામાં, ઇલેક્ટ્રોકેમિકલ ઇલેક્ટ્રોલાઇઝર CO2 અને પાણીને નવીનીકરણીય વીજળી દ્વારા સંચાલિત રસાયણો અને ઇંધણમાં રૂપાંતરિત કરે છે.પરિણામી બળતણ લાંબા ગાળાના સંગ્રહ માટે સક્ષમ છે અને તેનું વિતરણ અથવા વપરાશ પણ કરી શકાય છે, જે CO2 ને મુખ્ય કચરા તરીકે આપે છે, જે કબજે કરવામાં આવશે અને લૂપ બંધ કરવા માટે રિએક્ટરમાં પાછું આપવામાં આવશે.વધુમાં, ECRમાંથી પરિણામી નાના-પરમાણુ રાસાયણિક ફીડસ્ટોક્સ [દા.ત., કાર્બન મોનોક્સાઇડ (CO) અને ફોર્મેટ] વધુ જટિલ રાસાયણિક સંશ્લેષણ માટે કાચા માલ તરીકે વાપરી શકાય છે.

ઇંધણ અને રસાયણો ઇસીઆરમાંથી પુનઃપ્રાપ્ય ઉર્જા સ્ત્રોતો જેમ કે સૌર, પવન અને હાઇડ્રો દ્વારા સંચાલિત બંધ કાર્બન ચક્ર સાથે પ્રાપ્ત કરી શકાય છે.ઉચ્ચ ઉર્જા ઘનતા સાથે મૂલ્યવર્ધિત C2+ ઉત્પાદનોમાં CO2 રૂપાંતર માટે પસંદગી, પ્રવૃત્તિ અને કાર્યક્ષમતાને પ્રોત્સાહન આપવા માટે સેલ એન્જિનિયરિંગ અને કેટાલિસ્ટ એન્જિનિયરિંગ મુખ્ય ભૂમિકા ભજવે છે.

જો કે, CO2 એ મજબૂત C═O બોન્ડ (750 kJ mol−1) (14) સાથે એકદમ સ્થિર રેખીય પરમાણુ છે, જે ઇલેક્ટ્રોકેમિકલ રૂપાંતરણ માટે મુશ્કેલ બનાવે છે.આમ, તેને ઉચ્ચ સક્રિયકરણ અવરોધની જરૂર છે, જે બદલામાં, નોંધપાત્ર ઓવરપોટેન્શિયલ (15) તરફ દોરી જાય છે.તદુપરાંત, જલીય ઇલેક્ટ્રોલાઇટમાં ECR માં વિવિધ સંભવિત પ્રતિક્રિયા મધ્યસ્થીઓ અને ઉત્પાદનો (16-18) સાથે બહુ-ઇલેક્ટ્રોન/પ્રોટોન ટ્રાન્સફર પ્રક્રિયાઓનો સમાવેશ થાય છે, જે તેને અત્યંત જટિલ બનાવે છે.કોષ્ટક 1 મુખ્ય ECR ઉત્પાદનોની અડધા ઇલેક્ટ્રોકેમિકલ થર્મોડાયનેમિક પ્રતિક્રિયાઓનો સારાંશ આપે છે, જેમાં CO, મિથેન (CH4), મિથેનોલ (CH3OH), ફોર્મિક એસિડ (HCOOH), ઇથિલિન (C2H4), ઇથેનોલ (CH3CH2OH), અને તેથી વધુનો સમાવેશ થાય છે. અનુરૂપ પ્રમાણભૂત રેડોક્સ સંભવિતતાઓ (19).સામાન્ય રીતે, ECR પ્રક્રિયા દરમિયાન, CO2 પરમાણુઓ સૌપ્રથમ ઉત્પ્રેરક સપાટી પર અણુઓ સાથે શોષણ અને ક્રિયાપ્રતિક્રિયામાંથી પસાર થાય છે જેથી *CO2− બને, ત્યારબાદ પ્રોટોન અને/અથવા ઇલેક્ટ્રોનનું વિવિધ અંતિમ ઉત્પાદનો તરફ વિવિધ તબક્કાવાર ટ્રાન્સફર થાય છે.ઉદાહરણ તરીકે, CH4 નીચેના માર્ગો દ્વારા રચાય છે તેવું માનવામાં આવે છે: CO2 → *COOH → *CO → *CHO → *CH2O → *CH3O → CH4 + *O → CH4 + *OH → CH4 + H2O (20).

આકૃતિ 2A અહેવાલ કરેલ ECR ઇલેક્ટ્રોકેટાલિસ્ટ્સ માટે વિવિધ ઉત્પાદન દરો (વર્તમાન ઘનતા) હેઠળ ફેરાડેઇક કાર્યક્ષમતા (FE) નો સારાંશ આપે છે, જે પ્રતિક્રિયા (21–43) ની ઉત્પાદન પસંદગીનું પ્રતિનિધિત્વ કરે છે.નોંધનીય રીતે, જ્યારે અત્યાધુનિક ઇલેક્ટ્રોકેટાલિસ્ટ્સ CO2 ને C1 ઉત્પાદનો (CO અથવા ફોર્મેટ) માં 95% FE થી વધુ ઉત્પાદન દર હેઠળ રૂપાંતરિત કરી શકે છે (>20 mA cm−2 H-ટાઈપ સેલ માટે અને >100 mA cm− ફ્લો સેલ માટે 2) (9, 21, 22, 25, 28, 44, 45), અત્યંત પસંદગીયુક્ત (>90%) અને વધુ ઉપલબ્ધ મલ્ટિકાર્બન (C2+) રસાયણોનું કાર્યક્ષમ ઉત્પાદન અત્યાર સુધી સાકાર થયું નથી.આ એ હકીકતને કારણે છે કે C2+ ઉત્પાદનોને જોડવા માટે સપાટી પર ઘણા CO2 અણુઓનું આગમન અને શોષણ, સ્ટેપવાઇઝ ટ્રાન્સફોર્મેશન અને અવકાશી સ્થિતિ (13) જરૂરી છે.ચોક્કસ થવા માટે, આકૃતિ 2B માં બતાવ્યા પ્રમાણે, *CO મધ્યવર્તીઓની અનુગામી પ્રતિક્રિયાઓ ECR ના અંતિમ C2+ ઉત્પાદનો નક્કી કરે છે.સામાન્ય રીતે, C2H6 અને CH3COO− એ જ *CH2 મધ્યવર્તી શેર કરે છે, જે *CO ના પ્રોટોન-કપ્લ્ડ ઇલેક્ટ્રોન ટ્રાન્સફર સ્ટેપ્સથી જનરેટ થાય છે.*CH2 નું વધુ પ્રોટોનેશન *CH3 મધ્યવર્તી આપે છે, જે *CH3 ડાઇમરાઇઝેશન દ્વારા C2H6 ની રચના તરફ દોરી જાય છે.C2H6 જનરેશનથી વિપરીત, CH3COO− એ *CH2 માં CO નિવેશ દ્વારા રચાય છે.*CO ડાઇમરાઇઝેશન એ C2H4, CH3CH2OH અને n-પ્રોપેનોલ (n-C3H7OH) રચના માટે દર-નિર્ધારિત પગલું છે.ઇલેક્ટ્રોન ટ્રાન્સફર અને પ્રોટોનેશન પગલાંની શ્રેણી પછી, *CO─CO ડાયમર *CH2CHO મધ્યવર્તી બનાવે છે, જે C2H4 અને C2H5OH માટે પસંદગી-નિર્ધારણ પગલાં તરીકે કામ કરે છે.વધુમાં, એવું જાણવા મળ્યું હતું કે *CH2CHO થી C2H4 ઘટાડવામાં *CH3CHO થી C2H5OH (46) માં રૂપાંતર કરતાં ઓછી ઉર્જા અવરોધ છે, જે મોટાભાગના તાંબાના ઉત્પ્રેરકો પર C2H5OH કરતાં C2H4 માટે ઉચ્ચ FE સમજાવી શકે છે.વધુમાં, સ્થિર C2 મધ્યવર્તી CO નિવેશ દ્વારા n-C3H7OH માં સ્થાનાંતરિત થઈ શકે છે.C2+ રાસાયણિક રચના દરમિયાન જટિલ અને અનિયંત્રિત પ્રતિક્રિયા માર્ગો મુખ્યત્વે પ્રોટોનેશન સાઇટ્સ પરના ઘણા વધુ ક્રમચયોને કારણે છે, જેમાં બિનઇલેક્ટ્રોકેમિકલ સ્ટેપ (19, 47) ની સંભવિત સામેલગીરી છે.જેમ કે, ઉચ્ચ ઉપજ પર ચોક્કસ C2+ ઉત્પાદનની રચના માટે અત્યંત પસંદગીયુક્ત ઇલેક્ટ્રોકેટાલિસ્ટ્સની ડિઝાઇન પૂર્વશરત છે.આ સમીક્ષામાં, અમે ECR દ્વારા પસંદગીના C2+ ઉત્પાદન ઉત્પાદન માટે ઇલેક્ટ્રોકેટાલિસ્ટ ડિઝાઇનમાં વ્યૂહરચનાઓ પરની તાજેતરની પ્રગતિને પ્રકાશિત કરવાનો લક્ષ્યાંક રાખીએ છીએ.અમે સંબંધિત મિકેનિઝમ્સની સમજણનો સારાંશ પણ પ્રદાન કરીએ છીએ.ECR ની કાર્યક્ષમ, સ્થિર અને મોટા પાયે કામગીરી કેવી રીતે પ્રાપ્ત કરવી તે બતાવવા માટે ઇલેક્ટ્રોડ અને રિએક્ટર ડિઝાઇન પર પણ ભાર મૂકવામાં આવશે.વધુમાં, અમે CO2 ના મૂલ્ય-વર્ધિત C2+ રસાયણોમાં ઇલેક્ટ્રોકેમિકલ રૂપાંતર માટે બાકી રહેલા પડકારો અને ભાવિ તકોની ચર્ચા કરીશું.

(A) નોંધાયેલા ECR ઇલેક્ટ્રોકેટાલિસ્ટ્સ (21–43, 130) માટે વિવિધ ઉત્પાદન દરો (વર્તમાન ઘનતા) હેઠળ FE.(B) ECR દરમિયાન સૌથી વધુ સંભવિત C2+ માર્ગો.અમેરિકન કેમિકલ સોસાયટી (47) ની પરવાનગી સાથે પુનઃઉત્પાદિત.

રાસાયણિક ઇંધણ અને ફીડસ્ટોક્સમાં CO2 નું ઇલેક્ટ્રોકેટાલિટીક રૂપાંતર એ કાર્બન-તટસ્થ ઉર્જા ચક્ર (11) હાંસલ કરવાની સંભવિત તકનીક છે.જો કે, C2+ ઉત્પાદનોનો FE હજુ પણ વ્યવહારુ ઉપયોગથી દૂર છે, જ્યાં અત્યાધુનિક ઉત્પ્રેરક લગભગ 60% FE (13, 33) સાથે C2 ઉત્પાદનોના ઉત્પાદનને મંજૂરી આપે છે, જ્યારે C3 ઉત્પાદન 10% કરતા ઓછા સુધી મર્યાદિત છે. FE (48, 49).CO2 થી C2+ ઉત્પાદનોના ઘટાડાના જોડાણ માટે અત્યંત સંકલિત મોર્ફોલોજિકલ અને ઇલેક્ટ્રોનિક ગુણધર્મો (50, 51) સાથે વિજાતીય ઉત્પ્રેરકની જરૂર છે.ઉત્પ્રેરક સપાટીને મધ્યવર્તી (47, 52, 53) વચ્ચેના સ્કેલિંગ સંબંધોને તોડવાની જરૂર છે.વધુમાં, C─C બોન્ડની રચના હાંસલ કરવા માટે, ઉત્પ્રેરક સપાટી પર શોષિત પ્રતિક્રિયા મધ્યસ્થીઓ એકબીજાની નજીક હોવા જોઈએ.વધુમાં, ચોક્કસ C2+ ઉત્પાદન તરફ પ્રારંભિક રીતે શોષિત મધ્યવર્તીમાંથી માર્ગને બહુવિધ પ્રોટોન-આસિસ્ટેડ ઇલેક્ટ્રોન ટ્રાન્સફર સ્ટેપ્સને કારણે સારી રીતે નિયંત્રિત કરવાની જરૂર છે.C2+ ઉત્પાદનો તરફ CO2 ઘટાડવાની ઉચ્ચ જટિલતાને ધ્યાનમાં લેતા, ઇલેક્ટ્રોકેટાલિસ્ટ્સને પસંદગીની ક્ષમતા વધારવા માટે કાળજીપૂર્વક તૈયાર કરવી જોઈએ.મધ્યવર્તી પ્રજાતિઓ અને રાસાયણિક રચનાઓ અનુસાર, અમે C2+ ઉત્પાદનોને મલ્ટિકાર્બન હાઇડ્રોકાર્બન અને ઓક્સિજનેટ્સમાં વર્ગીકૃત કરીએ છીએ (4, 54).ચોક્કસ C2+ પરમાણુ ઉત્પાદન માટે અત્યંત કાર્યક્ષમ ઇલેક્ટ્રોકેટાલિસ્ટ્સનો સંપર્ક કરવા માટે, ઘણી ઉત્પ્રેરક ડિઝાઇન વ્યૂહરચનાઓ, જેમ કે હેટરોએટોમ ડોપિંગ, ક્રિસ્ટલ ફેસેટ રેગ્યુલેશન, એલોય/ડીલોયિંગ, ઓક્સિડેશન સ્ટેટ ટ્યુનિંગ અને સરફેસ લિગાન્ડ કંટ્રોલ, દર્શાવવામાં આવ્યા છે (35, 41, 55-61) .શ્રેષ્ઠ ડિઝાઇને ઉપરોક્ત અસરોને તર્કસંગત રીતે ધ્યાનમાં લેવી જોઈએ અને લાભોને મહત્તમ બનાવવો જોઈએ.નહિંતર, શું સક્રિય-સાઇટ ઉદ્દેશ્ય આવા અનન્ય ઉત્પ્રેરક વર્તન તરફ દોરી જાય છે તે સમજવું C─C જોડાણ માટે ચોક્કસ ઉત્પ્રેરક ડિઝાઇન પર વધુ પ્રકાશ પાડી શકે છે.આથી, ચોક્કસ ઉત્પાદનો (મલ્ટીકાર્બન હાઇડ્રોકાર્બન અને ઓક્સિજનેટ) તરફ ECR ઉત્પ્રેરકની રચના કેવી રીતે કરવી અને સંબંધિત મિકેનિઝમની ચર્ચા આ ભાગમાં કરવામાં આવશે.

C2+ હાઇડ્રોકાર્બન્સ, જેમ કે C2H4, વિવિધ રાસાયણિક ઉદ્યોગો માટે સાંઠગાંઠ રસાયણો છે, જેમ કે પોલિઇથિલિન ઉત્પાદન (62, 63).આ ઉપરાંત, તેનો સીધો ઉપયોગ વેલ્ડીંગ માટે બળતણ તરીકે અથવા કુદરતી ગેસમાં મિશ્રિત ઘટક તરીકે થઈ શકે છે (12).CO (ફિશર-ટ્રોપ્શ સંશ્લેષણ) અને CO2 નું હાઇડ્રોજનેશન ઔદ્યોગિક ધોરણે લાંબા સમયથી C2+ હાઇડ્રોકાર્બન બનાવવા માટે ઉપયોગમાં લેવાય છે પરંતુ ઉચ્ચ ઊર્જા વપરાશ અને પર્યાવરણીય અસર દ્વારા પડકારવામાં આવે છે (64).તેનાથી તદ્દન વિપરીત, નવીનીકરણીય ઉર્જાનો ઉપયોગ કરીને ઇલેક્ટ્રોકેમિકલ CO2 ઘટાડો સ્વચ્છ અને વધુ ટકાઉ માર્ગ પૂરો પાડે છે.C2+ હાઇડ્રોકાર્બન (32, 33, 65-70) તરફ કાર્યક્ષમ ઇલેક્ટ્રોકેટાલિસ્ટ્સ વિકસાવવા માટે મહાન પ્રયાસો કરવામાં આવ્યા છે.

ઇલેક્ટ્રોકેમિકલ CO2 રૂપાંતર દરમિયાન સ્કેલિંગ સંબંધને તોડવા માટે બાયમેટાલિક ઇલેક્ટ્રોકેટાલિસ્ટ્સની વ્યાપકપણે તપાસ કરવામાં આવી છે, જે મુખ્ય મધ્યવર્તીતાને સ્થિર કરી શકે છે અને અતિશય સંભાવનાને ઘટાડી શકે છે અને આમ, બદલામાં, પસંદગીમાં વધારો કરી શકે છે (71–74).જ્યારે AU-Cu, Ag-Cu, Au-Pd, અને Cu-Pt સહિત એલોય સામગ્રીઓની શ્રેણી નિર્ણાયક મધ્યવર્તી (73, 75) ને સ્થિર કરીને ઉચ્ચ કાર્યક્ષમતા C1 ઉત્પાદન માટે દર્શાવવામાં આવી છે, ત્યારે C2+ હાઇડ્રોકાર્બન રચના તરફ એલોયની અસર જણાય છે. વધુ જટિલ હોવું (76).ઉદાહરણ તરીકે, Cu-Ag બાયમેટાલિક સિસ્ટમમાં, Ag અને Cu (77) ના સપાટીના અણુ ગુણોત્તરને ટ્યુન કરીને ઉત્પાદન વિતરણને સરળતાથી નિયંત્રિત કરી શકાય છે.હાઇડ્રોકાર્બન ઉત્પાદન માટે સપાટી ક્યુ-સમૃદ્ધ નમૂનાને પ્રાધાન્ય આપવામાં આવે છે, જ્યારે સપાટી એજી-સમૃદ્ધ એકના ઉત્પાદનોમાં CO દ્વારા પ્રભુત્વ છે, જે એલોય્ડ ECR ઇલેક્ટ્રોકેટાલિસ્ટ્સ માટે અણુ ગુણોત્તરના મહત્વને પ્રકાશિત કરે છે.સ્થાનિક અણુ વ્યવસ્થાને કારણે થતી ભૌમિતિક અસર મધ્યવર્તીઓની બંધન શક્તિને નોંધપાત્ર રીતે અસર કરી શકે છે.ગેવિર્થ અને સહકાર્યકરો (36) એ દર્શાવ્યું હતું કે એડિટિવ-નિયંત્રિત ઇલેક્ટ્રોડિપોઝિશનમાંથી Cu-Ag એલોય આલ્કલાઇન ફ્લો ઇલેક્ટ્રોલાઇઝરમાં C2H4 માટે ~60% FE પ્રદર્શિત કરે છે (ફિગ. 3, A અને B).આ કિસ્સામાં, ઓપ્ટિમાઇઝ C2H4 પસંદગી મોર્ફોલોજી અને એજી-લોડિંગ ટ્યુનિંગ દ્વારા પ્રાપ્ત કરી શકાય છે.એજી સાઇટ્સ ECR દરમિયાન CO રચના માટે પ્રમોટરની ભૂમિકા ભજવતી હોવાનું માનવામાં આવતું હતું.પછી, CO મધ્યવર્તી શ્રેષ્ઠ ઉપલબ્ધતા પડોશી Cu માં C─C જોડાણને મદદ કરી શકે છે.આ ઉપરાંત, Ag Cu-Ag ઉત્પ્રેરક સંશ્લેષણ (ફિગ. 3C) દરમિયાન Cu2O ની રચનાને પણ પ્રોત્સાહન આપી શકે છે, જેના પરિણામે C2H4 ઉત્પાદન કાર્યક્ષમતામાં વધારો થાય છે.આ સિનર્જી C─C કપલિંગ ઉત્પ્રેરક વિકસાવવા માટે નવી શક્યતાઓ ખોલે છે.વધુમાં, એલોય સિસ્ટમમાં વિવિધ ધાતુઓના મિશ્રણની પેટર્ન પણ ECR ઉત્પાદનોના વિતરણને નિર્ધારિત કરી શકે છે.ઉદાહરણ તરીકે Pd-Cu એલોયનો ઉપયોગ કરીને (ફિગ. 3D), કેનિસ અને સહકાર્યકરો (71) એ દર્શાવ્યું કે તબક્કા-વિભાજિત Pd-Cu ઉત્પ્રેરક C2H4 માટે તેની ક્રમબદ્ધ અને અવ્યવસ્થિત સરખામણીમાં સૌથી વધુ પસંદગી (~50%) પ્રદાન કરી શકે છે. સમકક્ષોડી-બેન્ડ સિદ્ધાંત મુજબ, સામાન્ય રીતે, નીચલા ડી-બેન્ડ કેન્દ્ર સાથેની સંક્રમણ ધાતુ ધાતુની સપાટીઓ (78) પર ઈન સિટુ જનરેટેડ મધ્યવર્તીનું નબળું બંધન દર્શાવે છે.જ્યારે તબક્કા-વિભાજિત Pd-Cu એલોય Cu નેનોપાર્ટિકલ્સ (NPs) સાથે CO માટે સમાન ઉત્પ્રેરક પસંદગી અને પ્રવૃત્તિ પ્રદર્શિત કરે છે, તે Pd ટ્યુનિંગ દ્વારા મધ્યવર્તી તરફ સંપૂર્ણપણે અલગ બંધનકર્તા શક્તિ પ્રદાન કરે છે.ફિગ. 3E માં બતાવ્યા પ્રમાણે, તબક્કા-વિભાજિત Cu-Pd એલોય સૌથી નીચું d-band કેન્દ્ર દર્શાવે છે, જ્યારે Cu NP સૌથી વધુ છે.તે સૂચવે છે કે તબક્કા-વિભાજિત Cu-Pd એલોયમાં CO મધ્યવર્તી માટે સૌથી ઓછી બંધન શક્તિ હતી.આ અવલોકન સૂચવે છે કે તબક્કા-વિભાજિત Cu-Pd એલોય કેસમાં હાઇડ્રોકાર્બન પસંદગીમાં સુધારો કરવા માટે ભૌમિતિક અને બંધારણની અસર ઇલેક્ટ્રોનિક અસર કરતાં વધુ ભૂમિકા ભજવી શકે છે.આજની તારીખે, માત્ર શુદ્ધ તાંબુ અથવા કોપર-આધારિત એલોય CO2 થી C2+ હાઇડ્રોકાર્બનના ઇલેક્ટ્રોકેમિકલ ઘટાડા માટે શ્રેષ્ઠ પસંદગી અને પ્રવૃત્તિ દર્શાવે છે.આમ, ECR માંથી C2+ હાઇડ્રોકાર્બન ઉત્પાદન માટે નવલકથા ઇલેક્ટ્રોકેટાલિસ્ટ વિકસાવવી ખૂબ જ જરૂરી છે.CO2 હાઇડ્રોજનેશન દ્વારા પ્રેરિત, પ્રારંભિક અભ્યાસ દર્શાવે છે કે વિવિધ તબક્કાઓ સાથે ની-ગા એલોયનો ઉપયોગ C2H4 જનરેશન (79) માટે થઈ શકે છે.તે દર્શાવે છે કે Ni5Ga3 ફિલ્મ CO2 ને C2H4 અને ઇથેન (C2H6) થી ઘટાડી શકે છે.જો કે C2+ હાઇડ્રોકાર્બન તરફનો FE 5% કરતા ઓછો છે, તે એલોય અસરના આધારે C─C કપલિંગ તરફ ઇલેક્ટ્રોકેટાલિસ્ટ સ્ક્રીનીંગ માટે નવી રેખાઓ ખોલી શકે છે.

(A થી C) Cu-Ag બાયમેટાલિક ઉત્પ્રેરક એડિટિવ-નિયંત્રિત ઇલેક્ટ્રોડિપોઝિશન દ્વારા બનાવાયેલ છે: (A) Cu વાયર, Cu-Ag પોલી અને Cu-Ag વાયરની સ્કેનિંગ ઇલેક્ટ્રોન માઇક્રોસ્કોપી (SEM) અને (B) અનુરૂપ C2H4 FE.(C) EXAFS એ દર્શાવ્યું હતું કે Cu-Ag વાયર એકરૂપ રીતે મિશ્રિત હતો અને Cu(I) ઓક્સાઇડ રજૂ કરવામાં આવ્યો હતો.(A) થી (C) અમેરિકન કેમિકલ સોસાયટી (36) ની પરવાનગી સાથે પુનઃઉત્પાદિત કરવામાં આવે છે.(D અને E) વિવિધ મિશ્રણ પેટર્ન સાથે Cu-Pd ઉત્પ્રેરક: (D) ચિત્ર, ટ્રાન્સમિશન ઇલેક્ટ્રોન માઈક્રોસ્કોપી (TEM) ઈમેજીસ અને ક્રમબદ્ધ, અવ્યવસ્થિત અને તબક્કા-વિભાજિત Cu-Pd એલોય અને (E) ના ઊર્જા-વિખેરતા સ્પેક્ટ્રોસ્કોપી તત્વ નકશા ) ફર્મી સ્તરની તુલનામાં Cu-Pd એલોયની સપાટી વેલેન્સ બેન્ડ ફોટોઈમિશન સ્પેક્ટ્રા અને ડી-બેન્ડ કેન્દ્ર (ઊભી રેખા).(D) અને (E) અમેરિકન કેમિકલ સોસાયટી (71) ની પરવાનગી સાથે પુનઃઉત્પાદિત થાય છે.au, મનસ્વી એકમો.

એલોય ઇફેક્ટ ઉપરાંત, ઓક્સિડેશન સ્ટેટ્સમાં હેરફેર એ ઇલેક્ટ્રોકેટાલિસ્ટ્સના પ્રભાવને ટ્યુન કરવા માટેનો બીજો મુખ્ય સિદ્ધાંત છે, જે સામગ્રીના સ્થાનિક ઇલેક્ટ્રોનિક માળખાને અસર કરી શકે છે.ઉત્પ્રેરકના ઓક્સિડેશન સ્ટેટ ટ્યુનિંગ માટેનું પ્રથમ ઉદાહરણ ઓક્સાઇડથી મેળવેલી સામગ્રીનો ઉપયોગ કરવાનું છે.પરિસ્થિતી ઘટાડા પછી ઉત્પ્રેરકની સપાટી અથવા પેટાળ પરની અવશેષ ઓક્સિજન પ્રજાતિઓ ધાતુના કેન્દ્રની ઓક્સિડેશન સ્થિતિને નિયંત્રિત કરી શકે છે.ઉદાહરણ તરીકે, પ્લાઝ્મા-ઓક્સિડાઇઝ્ડ Cu એ C2H4 તરફ 60% થી વધુ પસંદગી દર્શાવી હતી, જે ઘટાડો-પ્રતિરોધક Cu+ (37) માટે જવાબદાર હતી.ઉચ્ચ ઇથિલિન પસંદગી માટે Cu+ એ મુખ્ય પરિમાણ છે તેની પુષ્ટિ કરવા માટે, અમે વિવિધ પ્લાઝ્મા (ફિગ. 4A) નો ઉપયોગ કરીને નિયંત્રણ પ્રયોગો કર્યા.પરિસ્થિતિમાં સખત એક્સ-રે શોષણ સ્પેક્ટ્રોસ્કોપીએ વધુમાં દર્શાવ્યું હતું કે (સબ) સપાટીના સ્તરમાં રહેલા અવશેષ ઓક્સાઇડ્સ ઘટાડાની સ્થિતિ સામે સ્થિર છે, −1.2 V વિરુદ્ધ ઉલટાવી શકાય તેવી પ્રમાણમાં ઊંચી સંભાવનાઓ પર ઘટાડાનાં 1 કલાક પછી નોંધપાત્ર પ્રમાણમાં Cu+ પ્રજાતિઓ બાકી રહે છે. હાઇડ્રોજન ઇલેક્ટ્રોડ (RHE).વધુમાં, સોલ-જેલ કોપર ઓક્સીક્લોરાઇડમાંથી તાંબાના વિદ્યુત વિચ્છેદનથી ફરીથી ચકાસવામાં આવે છે કે સ્થિર સપાટી Cu+ પ્રજાતિઓ C2H4 (61) ની પસંદગીમાં સુધારો કરી શકે છે.વિવિધ લાગુ સંભવિતતાઓ હેઠળ કોપર ઉત્પ્રેરકની ઓક્સિડેશન સ્થિતિને સીટુ સોફ્ટ એક્સ-રે શોષણ સ્પેક્ટ્રોસ્કોપીમાં સમય-નિરાકરણનો ઉપયોગ કરીને ટ્રેક કરવામાં આવી હતી.Cu2+ થી Cu+ સુધીનું પ્રારંભિક સંક્રમણ પગલું ખૂબ જ ઝડપી છે;જો કે, Cu+ પ્રજાતિઓનો વધુ ઇલેક્ટ્રોકેમિકલ ઘટાડો Cu0 પર ઘણો ધીમો છે.લગભગ 23% Cu+ પ્રજાતિઓ −1.2 V વિરુદ્ધ RHE (ફિગ. 4B) હેઠળ 1-કલાકના સતત ઘટાડા પછી પણ રહે છે.મિકેનિસ્ટિક અભ્યાસો દર્શાવે છે કે Cu+ અને Cu0 વચ્ચેનું ઇન્ટરફેસ મધ્યવર્તી વચ્ચે ઇલેક્ટ્રોસ્ટેટિક આકર્ષણ તરફ દોરી જાય છે કારણ કે *CO@Cu+ ના C અણુ હકારાત્મક રીતે ચાર્જ થાય છે, જ્યારે *CO@Cu0 ને નકારાત્મક રીતે ચાર્જ કરવામાં આવે છે (80), જે બદલામાં, પ્રોત્સાહિત કરે છે. C─C બોન્ડની રચના અને આમ C2+ હાઇડ્રોકાર્બન ઉત્પન્ન કરે છે.ઓક્સાઈડથી મેળવેલી સામગ્રી ઉપરાંત, કોપર નાઈટ્રાઈડ (Cu3N) નો ઉપયોગ (સબ) સપાટી Cu+ પ્રજાતિઓ હાંસલ કરવા માટે પણ કરવામાં આવ્યો હતો જેથી *CO (81) ના ડાઇમરાઇઝેશન ઉર્જા અવરોધને ઘટાડવામાં આવે.વધુમાં, ઓક્સાઈડથી મેળવેલા Cu ની સરખામણીમાં, Cu3N-ડેરીવ્ડ Cu+ પ્રજાતિઓ વધુ સ્થિર છે (ફિગ. 4C).પરિણામે, નાઈટ્રાઈડથી મેળવેલ કોપર ઉત્પ્રેરક C2H4 માટે 39 ± 2% નું FE પ્રદર્શિત કરે છે, જે શુદ્ધ Cu (~23%) અને ઓક્સાઈડથી મેળવેલા Cu (~28%) કરતાં વધુ પ્રદર્શન કરે છે.ઉપરોક્ત Cu+/Cu ઉત્પ્રેરક પ્રણાલીને અનુરૂપ, બોરોનનો ઉપયોગ Cuδ+ (41) ને રજૂ કરવા અને તેને સ્થિર કરવા માટે હેટરોએટોમ ડોપન્ટ તરીકે કરવામાં આવ્યો છે.બોરોન ડોપેન્ટની સાંદ્રતા બદલીને તાંબાની સરેરાશ ઓક્સિડેશન સ્થિતિને +0.25 થી +0.78 સુધી નિયંત્રિત કરી શકાય છે.રાજ્યોની અંદાજિત ઘનતા દર્શાવે છે કે ઇલેક્ટ્રોન તાંબામાંથી બોરોનમાં સ્થાનાંતરિત થાય છે, જે ડોપન્ટ-પ્રેરિત હકારાત્મક ચાર્જ્ડ કોપર સાઇટ્સ તરફ દોરી જાય છે.બોરોન-ડોપ્ડ તાંબાએ *CHO મધ્યવર્તી રચના ઊર્જામાં વધારો દર્શાવ્યો હતો અને આમ, C1 ઉત્પાદનો તરફ પ્રતિક્રિયા માર્ગને દબાવી દીધો હતો.વધુમાં, તે *CO ડાઇમરાઇઝેશન રિએક્શન એનર્જી (ફિગ. 4D) ઘટાડીને મલ્ટિકાર્બન હાઇડ્રોકાર્બન તરફ પસંદગીમાં વધારો કરી શકે છે.તાંબાની સપાટીની સરેરાશ ઓક્સિડેશન સ્થિતિને ઑપ્ટિમાઇઝ કરીને, +0.35 (ફિગ. 4E) ની સરેરાશ કોપર ઓક્સિડેશન સ્થિતિ હેઠળ ~53% C2H4 સાથે ~80% નું ઉચ્ચ C2 FE પ્રાપ્ત કરી શકાય છે.આજની તારીખે, તાંબા પર સક્રિય સાઇટ્સને Cu0, Cuδ+ અને/અથવા વિવિધ અભ્યાસોમાં (39, 41, 42, 81, 82) ECR માટે તેમના ઇન્ટરફેસ તરીકે ઓળખવામાં આવી છે.જો કે, સક્રિય સાઇટ શું છે તે અંગે હજુ ચર્ચા ચાલી રહી છે.જ્યારે હીટરોએટોમ ડોપિંગ-પ્રેરિત Cuδ+ ઉત્પ્રેરકો C2+ ઉત્પાદનો તરફ ECR માટે ખૂબ જ સક્રિય હોવાનું દર્શાવવામાં આવ્યું છે, ત્યારે એકસાથે પેદા થયેલી ખામીઓ અને ઇન્ટરફેસની સિનર્જિસ્ટિક અસરને પણ ધ્યાનમાં લેવી જોઈએ.આથી, તાંબાની સપાટી પરના સક્રિય કેન્દ્રને ઓળખવા અને પ્રતિક્રિયાની સ્થિતિમાં સક્રિય સ્થળોના પરિવર્તનની સંભવિતતા પર દેખરેખ રાખવા માટે ઓપરેન્ડો લાક્ષણિકતામાં પદ્ધતિસરનો વિકાસ કરવો જોઈએ.આ ઉપરાંત, ઇલેક્ટ્રોકેમિકલ ઘટાડાની પરિસ્થિતિઓ હેઠળ હકારાત્મક રીતે ચાર્જ થયેલા તાંબાની સ્થિરતા એ બીજી ચિંતા છે.સ્થિર Cuδ+ સાઇટ્સ સાથે ઉત્પ્રેરકનું સંશ્લેષણ કેવી રીતે કરવું તે એક પડકાર છે.

(A) વિવિધ પ્લાઝ્મા-સક્રિય કોપર ઉત્પ્રેરકની C2H4 પસંદગીનો સારાંશ.નેચર પબ્લિશિંગ ગ્રુપ (37) ની પરવાનગી સાથે પુનઃઉત્પાદિત.સ્કેલ બાર, 500 એનએમ.(B) ઇલેક્ટ્રોરેડપોઝિટેડ કોપરમાં RHE વિરુદ્ધ −1.2 V પર પ્રતિક્રિયા સમયની તુલનામાં Cu ઓક્સિડેશનનો ગુણોત્તર દર્શાવે છે.નેચર પબ્લિશિંગ ગ્રુપ (61) ની પરવાનગી સાથે પુનઃઉત્પાદિત.(C) Cu-on-Cu3N અથવા Cu-on-Cu2O માં RHE વિરુદ્ધ −0.95 V પર પ્રતિક્રિયા સમયના કાર્ય સાથે Cu+ પ્રજાતિઓનો ગુણોત્તર.નેચર પબ્લિશિંગ ગ્રુપ (81) ની પરવાનગી સાથે પુનઃઉત્પાદિત.(D) બોરોન ડોપિંગ તાંબાની સપાટીમાં CO ની સરેરાશ શોષણ ઊર્જાને બદલવા અને CO─CO ડાયમરાઇઝેશન ઊર્જાને ઘટાડવામાં સક્ષમ હતું.1[B], 2[B], 3[B], 4[B], અને 8[B] કોપર ઉત્પ્રેરકમાં સબસર્ફેસ બોરોન ડોપિંગની સાંદ્રતાનો સંદર્ભ આપે છે, જે 1/16, 1/8, 3/ હતા. 16, 1/4, અને 1/2, અનુક્રમે.(E) બોરોન-ડોપ્ડ કોપર ઉત્પ્રેરકમાં C2 અથવા C1 ઉત્પાદનોની ઓક્સિડેશન સ્થિતિ અને FE વચ્ચેનો સંબંધ.(D) અને (E) નેચર પબ્લિશિંગ ગ્રુપ (41) ની પરવાનગી સાથે પુનઃઉત્પાદિત કરવામાં આવે છે.(F) ECR પહેલા (ટોચ) અને પછી (નીચે) Cu2O ફિલ્મોની વિવિધ જાડાઈ સાથે કોપર ફોઇલ્સની SEM છબીઓ.અમેરિકન કેમિકલ સોસાયટી (83) ની પરવાનગી સાથે પુનઃઉત્પાદિત.

ઈલેક્ટ્રોનિક સ્ટ્રક્ચર સિવાય, ઑક્સાઈડ-પ્રાપ્ત સામગ્રીઓ પણ સિટુ રિડક્શન પ્રક્રિયા દરમિયાન મોર્ફોલોજી અથવા માળખું ઉત્ક્રાંતિ તરફ દોરી શકે છે.મોર્ફોલોજી અથવા સ્ટ્રક્ચરના પરિપ્રેક્ષ્યમાં, ઑક્સાઈડ-પ્રાપ્ત ઇલેક્ટ્રોકેટાલિસ્ટ્સનું ઉન્નત ઇલેક્ટ્રોકેમિકલ પ્રદર્શન સક્રિય અનાજની સીમાઓ, ધાર અને પગલાં (83-85) ની રચનાને આભારી છે.યેઓ અને સહકાર્યકરો (83) એ વિવિધ જાડાઈ (ફિગ. 4F) સાથે ઇલેક્ટ્રોડપોઝિટેડ Cu2O ફિલ્મો પર પસંદગીયુક્ત C─C જોડાણની જાણ કરી.સીટુ રામન સ્પેક્ટ્રોસ્કોપીમાં બહાર આવ્યું કે Cu2O ફિલ્મોની સપાટી ECR (83) દરમિયાન સ્થિર મેટાલિક Cu0 સુધી ઘટી ગઈ હતી.પરિણામે, ધાતુ Cu0 એ Cu+ પ્રજાતિઓ અથવા Cu+/Cu0 ઇન્ટરફેસને બદલે ઉત્પ્રેરક સક્રિય કેન્દ્ર તરીકે પુષ્ટિ મળી છે.Cu2O ને મેટાલિક Cu0 માં ઘટાડવાની પ્રક્રિયામાં, ઉત્પ્રેરક સપાટી પગથિયાં, કિનારીઓ અને ટેરેસની સ્થિતિમાં હોવાની શક્યતા છે.તે દર્શાવવામાં આવ્યું હતું કે રચાયેલા પગથિયાં અને કિનારીઓ ટેરેસ કરતાં વધુ સક્રિય છે, જે *CO સાથે તેમના મજબૂત બંધનમાંથી ઉદ્દભવે છે, જે *CO થી *CHO અથવા *CH2O ને વધુ હાઇડ્રોજનેટ કરી શકે છે.આ ઉપરાંત, એજ ક્યુ અણુઓ *CHO અને *CH2O રચનાને વેગ આપવા માટે પ્રમોટર છે.અગાઉના કામે સૂચવ્યું હતું કે *CHO અને *CH2O મધ્યવર્તી C─C જોડાણ માટે ગતિશાસ્ત્રમાં *CO કરતાં વધુ અનુકૂળ છે (86).સપાટીના મોર્ફોલોજીનું નિયમન કરીને, *CHO અને *CH2O મધ્યવર્તીઓની રસાયણ વિસર્જન ઊર્જાને ઑપ્ટિમાઇઝ કરી શકાય છે.આ અભ્યાસમાં, લેખકોએ શોધી કાઢ્યું કે C2H4 નું FE 40 થી 22% સુધી ઘટ્યું જ્યારે તેઓએ Cu2O પાતળી ફિલ્મની જાડાઈ 0.9 થી 8.8 μm સુધી વધારી.આ નીચા સંકલિત Cu ની સાંદ્રતાને કારણે છે જે Cu2O જાડાઈમાં વધારો સાથે વધે છે.આ અન્ડરકોર્ડિનેટેડ અણુઓ H સાથે મજબૂત રીતે જોડાઈ શકે છે અને આમ, C─C જોડાણ કરતાં હાઇડ્રોજન ઉત્ક્રાંતિ માટે વધુ પસંદ કરવામાં આવે છે.આ કાર્યએ દર્શાવ્યું હતું કે ઓક્સાઇડ-પ્રાપ્ત કોપર ઉત્પ્રેરક ચાર્જ્ડ Cuδ+ પ્રજાતિઓને રજૂ કરવાને બદલે સપાટીના મોર્ફોલોજી પુનઃનિર્માણ દ્વારા C2H4 પસંદગીને નોંધપાત્ર રીતે વધારી શકે છે.ઓક્સાઇડ-પ્રાપ્ત ઉત્પ્રેરકનો ઉપયોગ કરીને, ઇથેન (C2H6) પણ ઇલેક્ટ્રોલાઇટ (34) માં પેલેડિયમ(II) ક્લોરાઇડ (PdCl2) એડિટિવની મદદથી પસંદગીપૂર્વક બનાવવામાં આવ્યું છે.તે દર્શાવે છે કે Cu2O-ઉત્પાદિત Cu ની સપાટી પર શોષિત PdClx એ C2H6 ઉત્ક્રાંતિ માટે મહત્વપૂર્ણ ભૂમિકા ભજવી હતી.ખાસ કરીને, CO2 ને સૌપ્રથમ Cu2O-ઉત્પાદિત સક્રિય Cu સાઇટ્સ પર C2H4 માં ઘટાડવામાં આવ્યું હતું, અને પછી C2H6 ઉત્પન્ન કરવા માટે શોષિત PdClx ની સહાયથી રચાયેલ C2H4 ને હાઇડ્રોજનિત કરવામાં આવશે.PdCl2 ની સહાયથી C2H6 નો FE <1 થી વધીને 30.1% થયો.આ કાર્ય સૂચવે છે કે સારી રીતે વ્યાખ્યાયિત ECR ઉત્પ્રેરક અને ઇલેક્ટ્રોલાઇટ એડિટિવનું સંયોજન ચોક્કસ C2+ ઉત્પાદન ઉત્પાદન માટે નવી તકો ખોલી શકે છે.

મોર્ફોલોજી અને/અથવા માળખું નિયમન ઉત્પ્રેરક પસંદગી અને પ્રવૃત્તિને મોડ્યુલેટ કરવા માટે અન્ય વૈકલ્પિક વ્યૂહરચનાનું પ્રતિનિધિત્વ કરે છે.ઉત્પ્રેરકના કદ, આકાર અને ખુલ્લા પાસાઓનું નિયંત્રણ ECR પ્રદર્શન સુધારણા માટે વ્યાપકપણે દર્શાવવામાં આવ્યું છે (58, 87, 88).ઉદાહરણ તરીકે, Cu(100) પાસા C2H4 જનરેશન માટે આંતરિક રીતે પસંદ કરવામાં આવે છે, જ્યારે Cu(111) ઉત્પ્રેરકનું પ્રભુત્વ મિથેન (CH4) (87) છે.વિવિધ આકારો અને કદ સાથેના ક્યુ નેનોક્રિસ્ટલ્સના અભ્યાસમાં, બુઓનસાંટી અને સહકાર્યકરો (58) એ ક્યુબ-આકારના કોપર નેનોક્રિસ્ટલ્સ (ફિગ. 5A) માં C2H4 પસંદગીની બિન-મોનોટોનિક કદ નિર્ભરતા જાહેર કરી.આંતરિક રીતે, ક્યુબિક ક્યુ નેનોક્રિસ્ટલ્સ (100) પાસાના વર્ચસ્વને કારણે ગોળાકાર ક્યુ નેનોક્રિસ્ટલ્સ કરતાં ઉચ્ચ C2H4 પ્રવૃત્તિ અને પસંદગીનું પ્રદર્શન કરે છે.ક્યુબિક ક્યુનું નાનું સ્ફટિક કદ ઉચ્ચ પ્રવૃત્તિ પ્રદાન કરી શકે છે કારણ કે નીચી-સંકલિત સપાટીની સાઇટ્સ, જેમ કે ખૂણા, પગથિયાં અને કિંક્સની વધેલી સાંદ્રતાને કારણે.જો કે, ઓછી સંકલિત સાઇટ્સનું મજબૂત કેમિસોર્પ્શન ઉચ્ચ H2 અને CO પસંદગી સાથે હતું, પરિણામે એકંદર હાઇડ્રોકાર્બન FE નીચું હતું.બીજી બાજુ, કણોના કદમાં વધારા સાથે એજ સાઇટ્સ અને પ્લેન સાઇટ્સનો ગુણોત્તર ઘટ્યો છે, જે C2H4 ઉત્પાદનની કામગીરીને પણ અસર કરે છે.લેખકોએ દર્શાવ્યું હતું કે 44-nm કિનારી લંબાઈવાળા મધ્યવર્તી કદના કોપર નેનોક્યુબ્સ કણોના કદ અને કિનારી સાઇટ્સની ઘનતા વચ્ચેના શ્રેષ્ઠ સંતુલનને કારણે સૌથી વધુ C2H4 પસંદગી દર્શાવે છે.વધુમાં, મોર્ફોલોજી ECR દરમિયાન સ્થાનિક pH અને સામૂહિક પરિવહનને પણ અસર કરી શકે છે.એવું દર્શાવવામાં આવ્યું છે કે ઉત્પ્રેરક સપાટીની નજીકમાં ઉચ્ચ સ્થાનિક pH, જે પરિસ્થિતિમાં ઉત્પન્ન થયેલ OH− ને કારણે થાય છે, પ્રોટોન-સંકળાયેલ પ્રતિક્રિયા માર્ગને દબાવી દે છે.પરિણામે, *CO ડાયમરાઇઝેશન દ્વારા C2+ હાઇડ્રોકાર્બનનું નિર્માણ વધારી શકાય છે, અને *COH મધ્યવર્તી દ્વારા રચાયેલ CH4 અટકાવી શકાય છે.સ્થાનિક pH (68) વધારવા માટે કોપર નેનોવાયર એરે (ફિગ. 5B) દર્શાવવામાં આવ્યા છે.સામાન્ય રીતે ઉપયોગમાં લેવાતા ઇલેક્ટ્રોલાઇટ તરીકે, CO2 સંતૃપ્ત પોટેશિયમ બાયકાર્બોનેટ (KHCO3) દ્રાવણ ઝડપથી સ્થાનિક OH− (HCO3− + OH− = CO32− + H2O) ને નિષ્ક્રિય કરશે અને સ્થાનિક pH ઘટાડશે.વિસ્તરેલ માઇક્રોસ્ટ્રક્ચર સાથે, Cu nanowire એરેમાં HCO3− ના પ્રસરણને કોઈક રીતે ઓછું કરી શકાય છે જેથી સ્થાનિક OH− માટે તટસ્થતાની અસરને અમુક અંશે દબાવી શકાય.સમાન સિદ્ધાંતના આધારે, ચોક્કસ રીતે નિયંત્રિત મેસોપોર્સ (ફિગ. 5C) સાથે તાંબાની જાળીએ C2H4 અથવા C2H6 ઉત્પાદન (32) માટે ઉન્નત FE દર્શાવ્યું હતું.તે દર્શાવે છે કે વિદ્યુતધ્રુવની સપાટીમાં સ્થાનિક pH છિદ્રની પહોળાઈને સાંકડી કરીને વધારી શકાય છે, પરિણામે C1 ઉત્પાદન FE અને C2 ઉત્પાદન FE માં વધારો થાય છે.આ ઉપરાંત, છિદ્રની ઊંડાઈ વધારીને, મુખ્ય ઘટાડાનું ઉત્પાદન C2H4 થી C2H6 સુધી ટ્યુન કરી શકાય છે.C2H6 નું FE 46% જેટલું ઊંચું હતું.રસાયણો ECR દરમિયાન છિદ્રોની અંદર સીમિત હોવાથી, ઊંડા છિદ્રોને કારણે મુખ્ય મધ્યસ્થીઓના લાંબા સમય સુધી જાળવી રાખવાનો સમય સંતૃપ્ત C2 હાઇડ્રોકાર્બન તરફ ઉચ્ચ પસંદગીના મુખ્ય કારણ તરીકે સમજાવવામાં આવ્યો છે.CuI-પ્રાપ્ત Cu nanofibers પણ C2H6 તરફ ઉચ્ચ પસંદગી દર્શાવે છે (FE = 30% −0.735 V વિરુદ્ધ RHE) (89).એનિસોટ્રોપિક મોર્ફોલોજી અને CuI-પ્રાપ્ત Cu nanofibers ની ઉચ્ચ સપાટીની ખરબચડી શોષિત H2 ની ટ્રેપિંગ કાર્યક્ષમતામાં સુધારો કરી શકે છે અને આમ C2H6 ના FE માં વધારો કરી શકે છે.

(A થી C) મોર્ફોલોજી અથવા બંધારણની અસરો.(A) અણુઓની ઘનતા (ડાબી ધરી) અને ધારની લંબાઇ (d) સાથે સુસંગતતામાં (100) પ્લેન (N100) (જમણી ધરી) પરના અણુઓ અને ધારની સાઇટ્સ (નેજ) પરના અણુઓનો ગુણોત્તર.જ્હોન વિલી એન્ડ સન્સ (58) ની પરવાનગી સાથે પુનઃઉત્પાદિત.(B) મોર્ફોલોજીની સ્કીમના કારણે pH બદલાય છે.જ્હોન વિલી એન્ડ સન્સ (68) ની પરવાનગી સાથે પુનઃઉત્પાદિત.(C) વિવિધ છિદ્રોના કદ અને ઊંડાણો સાથે મેસોપોર કોપરની ઉત્પાદન પસંદગી.જ્હોન વિલી એન્ડ સન્સ (32) ની પરવાનગી સાથે પુનઃઉત્પાદિત.(ડી થી એચ) લિગાન્ડ અસરો.(D અને E) કોપર નેનોવાયર (Cu NW) પર વિવિધ પ્રકારના એમિનો એસિડ (D) અથવા મોડિફાયર (E) પર −1.9 V પર ECR. રોયલ સોસાયટી ઑફ કેમિસ્ટ્રી (35) ની પરવાનગી સાથે પુનઃઉત્પાદિત.(F) Cu(35) પર અલગ-અલગ શોષણ ક્ષમતાઓ સાથે વિવિધ હલાઇડ ઇલેક્ટ્રોલાઇટ્સમાં C2H4 ના ઉત્પાદન દર.અમેરિકન કેમિકલ સોસાયટી (91) ની પરવાનગી સાથે પુનઃઉત્પાદિત.NHE, સામાન્ય હાઇડ્રોજન ઇલેક્ટ્રોડ.(G) KOH ઇલેક્ટ્રોલાઇટ્સની વિવિધ સાંદ્રતામાં C2H4 અને CO નો FE અને KOH ઇલેક્ટ્રોલાઇટ્સની વિવિધ સાંદ્રતામાં C2H4 ની ટેફેલ ઢાળ.(G) અને (H) અમેરિકન એસોસિએશન ફોર ધ એડવાન્સમેન્ટ ઓફ સાયન્સ (AAAS) (33) માંથી પુનઃઉત્પાદિત થાય છે.

નાના અણુઓનો ઉપયોગ કરીને ઉત્પ્રેરક સપાટી ફેરફાર એ ECR ના ઇલેક્ટ્રોકેમિકલ પ્રભાવને સુધારવા માટે અન્ય જાણીતી વ્યૂહરચના છે.આ વ્યૂહરચના ઉત્પ્રેરક સપાટીની નજીકના સૂક્ષ્મ વાતાવરણને પ્રભાવિત કરી શકે છે, જે સપાટી લિગાન્ડ અને મધ્યવર્તી વચ્ચેની ક્રિયાપ્રતિક્રિયાને કારણે મુખ્ય મધ્યસ્થીઓને સ્થિર કરી શકે છે.ECR (35) ને પ્રોત્સાહન આપવા માટે એમિનને સુધારક તરીકે જાણ કરવામાં આવી છે.વિવિધ એમિનો એસિડ્સ, જેમાં ગ્લાયસીન (ગ્લાય), ડીએલ-એલાનાઇન (એલા), ડીએલ-લ્યુસીન (લ્યુ), ડીએલ-ટ્રિપ્ટોફન (ટાયર), ડીએલ-આર્જિનિન (આર્ગ), અને ડીએલ-ટ્રિપ્ટોફેન (ટીઆરપી) નો સમાવેશ થાય છે. કોપર નેનોવાયર (35) પર તેમની અસરોનો અભ્યાસ કરો.ફિગ. 5D માં બતાવ્યા પ્રમાણે, બધા એમિનો એસિડ-આધારિત લિગાન્ડ્સ C2+ હાઇડ્રોકાર્બનની પસંદગીમાં સુધારો કરવામાં સક્ષમ હતા.આવી વૃદ્ધિ સૂચવે છે કે એમિનો એસિડમાં ─COOH અને ─NH2 કાર્યાત્મક જૂથો કદાચ ECR ની ઉન્નત પસંદગી માટે જવાબદાર છે.અગાઉના અહેવાલો દર્શાવે છે કે Cu સપાટી પર એમિનો એસિડનું શોષણ ─COOH અને ─NH2 જૂથો (35, 90) બંને દ્વારા પ્રાપ્ત થયું હતું.સ્ટીરિક એસિડ (C17H35COOH, RCO2H), જેમાં માત્ર ─COOH જૂથ છે, ─COOH ની ભૂમિકાને ઓળખવા માટે પસંદ કરવામાં આવ્યું હતું.અન્ય સંશોધકો, જેમ કે a-anthraquinone diazonium salt (AQ), o-nitrobenzene diazonium salt (PhNO2), અને dodecyl mercaptan (C12H25SH, RSH), જેમાં ─COOH કે ─NH2 જૂથો નથી, તેની પણ તપાસ કરવામાં આવી હતી.જો કે, તે બધા C2+ હાઇડ્રોકાર્બન FE સુધારણા માટે હકારાત્મક ન હતા (ફિગ. 5E).સૈદ્ધાંતિક ગણતરીઓ દર્શાવે છે કે શોષિત ઝ્વિટેરિયોનિક ગ્લાયસીનમાં ─NH3+ જૂથો તેમની મજબૂત ક્રિયાપ્રતિક્રિયા, જેમ કે હાઇડ્રોજન બોન્ડને કારણે *CHO ઇન્ટરમીડિયેટને સ્થિર કરી શકે છે.ઇલેક્ટ્રોલાઇટમાં હલાઇડ આયનોનો પરિચય એ ઉત્પ્રેરકને સંશોધિત કરવાની બીજી રીત છે (91, 92).ફિગ. 5F માં બતાવ્યા પ્રમાણે, પ્લાઝમા-સક્રિયકૃત Cu પર C2H4 ઉત્પાદન દર હલાઇડ એડિટિવ્સની સહાયથી નોંધપાત્ર રીતે વધારી શકાય છે.એવું દર્શાવવામાં આવ્યું હતું કે ક્યુ(100) પાસા (91) પર I−, Br−, અને Cl− ની અનુરૂપ શોષણ ઊર્જા સાથે કરારમાં I− આયન Br− અને Cl− કરતાં વધુ સક્રિય છે.હલાઇડ્સ ઉપરાંત, હાઇડ્રોક્સાઇડ આયન પણ C2H4 પસંદગી પર હકારાત્મક અસર દર્શાવે છે.તાજેતરમાં, સાર્જન્ટ અને સહકાર્યકરો (33) એ ફ્લો સેલમાં કેન્દ્રિત પોટેશિયમ હાઇડ્રોક્સાઇડ (KOH) ઇલેક્ટ્રોલાઇટ (10 M સુધી) નો ઉપયોગ કરીને ~70% FE સાથે CO2-થી-C2H4 રૂપાંતરણની જાણ કરી હતી.ફિગ. 5G માં બતાવ્યા પ્રમાણે, 10 M KOH ઇલેક્ટ્રોલાઇટમાં CO અને C2H4 ની શરૂઆતની સંભાવના 1 M KOH ની સરખામણીમાં ઘણી ઓછી હતી.વધુમાં, C2H4 રચનાના ટાફેલ ઢોળાવ (ફિગ. 5H) હાઇડ્રોક્સાઇડ સાંદ્રતામાં વધારો (1 M KOH માં 135 mV દાયકા−1 અને 10 M KOH માં 65 mV દાયકા−1) સાથે ઘટાડો થયો છે, જે એકંદર દરના ટ્રાન્સમ્યુટેશનનું સૂચન કરે છે. પગલું નક્કી કરે છે.ડેન્સિટી ફંક્શનલ થિયરી (DFT) પરિણામોએ સાબિત કર્યું કે સંકેન્દ્રિત હાઇડ્રોક્સાઇડ્સની હાજરી CO મધ્યવર્તી ની બંધનકર્તા ઊર્જાને ઘટાડી શકે છે અને શોષિત OCCO મધ્યવર્તીઓમાં બે કાર્બન અણુઓ વચ્ચે ચાર્જ અસંતુલન પણ વધારી શકે છે.પરિણામે, OCCO મધ્યવર્તી વધુ મજબૂત દ્વિધ્રુવ આકર્ષણ દ્વારા વધુ સ્થિર થશે, જે CO dimerization માટે સક્રિયકરણ ઊર્જા અવરોધ તરફ દોરી જશે, જે પછી સમગ્ર કામગીરીમાં સુધારો કરશે.

C2+ ઓક્સિજનેટ જેમ કે ઇથેનોલ (CH3CH2OH) એ અત્યંત મૂલ્યવાન ECR ઉત્પાદનોની બીજી મુખ્ય શ્રેણી છે.ઇથેનોલનું ઔદ્યોગિક સંશ્લેષણ એ ઊર્જા-સઘન પ્રક્રિયા છે, જે મોટી માત્રામાં ઇથિલિન અથવા કૃષિ ફીડસ્ટોક્સનો પણ ઉપયોગ કરે છે (40).આમ, CO2 માંથી ઇથેનોલ અથવા અન્ય C2+ ઓક્સિજનનું ઇલેક્ટ્રોકેટાલિટીક ઉત્પાદન ઘણું આર્થિક અને પર્યાવરણીય અર્થમાં બનાવે છે.કારણ કે ECR માંથી ઇથેનોલ જનરેશન C2H4 સાથે ઉપાંત્ય મધ્યવર્તી શેર કરે છે જે *C2H3O (43) છે, આ મધ્યવર્તીનું પસંદગીયુક્ત હાઇડ્રોજનેશન ECR પાથવેઝ C2H4 થી આલ્કોહોલ (64) માં ફેરવી શકે છે.જો કે, મોટાભાગની સિસ્ટમોમાં, C2+ ઓક્સિજનની પસંદગી હાઇડ્રોકાર્બન (31, 37, 39, 41, 42, 67) કરતાં ઘણી ઓછી છે.આમ, આ વિભાગમાં, અમે ઇલેક્ટ્રોકેટાલિસ્ટ ડિઝાઇન વ્યૂહરચનાઓ પ્રકાશિત કરીશું જે 25% થી વધુ પ્રભાવશાળી C2+ ઓક્સિજનેટ FE પ્રાપ્ત કરી શકે છે.

ઉપર ચર્ચા કર્યા મુજબ, સારી રીતે રચાયેલ બાઈમેટાલિક ઉત્પ્રેરક C2+ હાઇડ્રોકાર્બન ઉત્પાદન માટે પસંદગી અને પ્રવૃત્તિમાં સુધારો કરી શકે છે.C2+ ઓક્સિજેનેટ્સ (38, 93, 94) માટે ઇલેક્ટ્રોકેટાલિટીક પ્રભાવને સુધારવા માટે સમાન પરંતુ સમાન વ્યૂહરચનાનો ઉપયોગ કરવામાં આવ્યો છે.દાખલા તરીકે, Ag-incorporated Cu-Cu2O ઉત્પ્રેરકોએ ટ્યુનેબલ ઇથેનોલ સિલેક્ટિવિટી દર્શાવી હતી, અને સૌથી વધુ ઇથેનોલ FE 34.15% (95) હતું.એજી/ક્યુ અણુ ગુણોત્તરને બદલે તબક્કા-મિશ્રિત Ag-Cu એલોયમાં બાયફાસિક સીમા, ઇથેનોલના પસંદગીયુક્ત ઉત્પાદન માટે મુખ્ય પરિબળ તરીકે ઓળખવામાં આવી હતી.ફેઝ-બ્લેન્ડેડ પેટર્ન (Ag-Cu2OPB) માં ક્યુ સાઇટ એજી સાઇટની ખૂબ જ નજીક હોવાથી, તબક્કા-મિશ્રિત નમૂના માટે ઇથેનોલ મધ્યવર્તીઓના નિર્માણ દરને તબક્કા-વિભાજિત (Ag-Cu2OPS) ની તુલનામાં પ્રોત્સાહન આપી શકાય છે. ), ઇથેનોલ જનરેશનની વધુ સારી કામગીરી તરફ દોરી જાય છે.ઇથેનોલ ઉપરાંત, Cu-Ag બાયમેટાલિક NPs પણ બેન્ઝોટ્રિયાઝોલ (93) ના ઉમેરા સાથે CO2 ને એસિટેટમાં રૂપાંતરિત કરવા માટે દર્શાવવામાં આવ્યા છે.RHE વિરુદ્ધ −1.33 V પર, એસિટેટનો FE 21.2% હતો.આ કિસ્સામાં બે સંભવિત પ્રતિક્રિયા માર્ગો પ્રસ્તાવિત કરવામાં આવ્યા હતા: એક CO dimerization પર આધારિત છે, અને બીજો CO નિવેશ પર છે, સક્રિય Ag સાઇટ્સ પર CO મધ્યવર્તી રચનાની મહત્વપૂર્ણ ભૂમિકાને પ્રકાશિત કરે છે.ઇથેનોલ ઉત્પાદન (38) માટે Cu-Zn ઉત્પ્રેરક (ફિગ. 6, A અને B) માં સમાન અવલોકન નોંધવામાં આવ્યું હતું.Zn-Cu એલોય્ડ ઉત્પ્રેરકમાં Zn ની સામગ્રીને ટ્યુન કરીને, C2H4 FE વિરુદ્ધ ઇથેનોલનો ગુણોત્તર 0.48 થી 6 ની રેન્જમાં સારી રીતે નિયંત્રિત કરી શકાય છે, જે C2+ ઓક્સિજનની રચના માટે CO-વિકસતી સાઇટ્સનું મહત્વ સૂચવે છે.મિશ્રિત ઉત્પ્રેરકની રચના મેટ્રિક્સ સામગ્રી પર તાણની અસરને પ્રેરિત કરી શકે છે, જે ક્યારેક ઇચ્છિત ન પણ હોય.આમ, બાયમેટાલિક ઉત્પ્રેરક તરફનો સીધો માર્ગ કેટલાક લક્ષ્ય ઉત્પાદનો માટે વધુ યોગ્ય હોઈ શકે છે.જારામિલો અને સહકાર્યકરો (96) એ ટેન્ડેમ કેટાલિસિસ અસરની તપાસ કરવા માટે, પોલિક્રિસ્ટલાઇન ક્યુ ફોઇલ પર સોનાના NPsના સીધા જથ્થા દ્વારા સંશ્લેષિત, એક સરળ Au-Cu બાયમેટાલિક સિસ્ટમનું નિર્માણ કર્યું.બાઈમેટાલિક Au-Cu એ C2+ આલ્કોહોલ તરફ સિનર્જિસ્ટિક પસંદગી અને પ્રવૃત્તિ પ્રદર્શિત કરી, જે શુદ્ધ તાંબા અને સોના અને એયુ-ક્યુ એલોયને પાછળ રાખી દે છે.ક્યુ ફોઇલની સરખામણીમાં, બાઈમેટાલિક એયુ-કયુ સિસ્ટમે CO જનરેશન માટે સક્રિય એવા Au NPs (ફિગ. 6C) ની હાજરીને કારણે સ્થાનિક CO સાંદ્રતામાં વધારો દર્શાવ્યો હતો.સોનું CO ઘટાડા માટે સક્રિય ન હોવાથી, Au-Cu બાયમેટાલિક ઉત્પ્રેરક પર ઉન્નત C2+ આલ્કોહોલ ઉત્પાદન દર ટેન્ડમ કેટાલિસિસ મિકેનિઝમને આભારી છે.ખાસ કરીને, ગોલ્ડ NPs Cu સપાટીની નજીક ઉચ્ચ સ્થાનિક CO સાંદ્રતા પેદા કરી શકે છે.આગળ, વિપુલ પ્રમાણમાં સ્થાનિક CO પરમાણુઓને Cu દ્વારા C2+ આલ્કોહોલમાં વધુ ઘટાડી શકાય છે.

(A થી C) એલોય અસરો.(A) ઇથેનોલ અને C2H4 નો મહત્તમ FE અને વિવિધ Cu-Zn એલોય પર ઇથેનોલ અને ઇથિલિનનો FE ગુણોત્તર.(B) વિવિધ Cu-Zn એલોય પર ઇથેનોલની આંશિક વર્તમાન ઘનતા.(A) અને (B) અમેરિકન કેમિકલ સોસાયટી (38) ની પરવાનગી સાથે પુનઃઉત્પાદિત કરવામાં આવે છે.(C) સોના, તાંબુ અને એયુ-ક્યુ બાયમેટાલિક સિસ્ટમ પર CO2 ઘટાડો અને CO ઉત્ક્રાંતિ દર.નેચર પબ્લિશિંગ ગ્રુપ (96) ની પરવાનગી સાથે પુનઃઉત્પાદિત.(ડી થી એલ) મોર્ફોલોજી અથવા બંધારણની અસરો.(ડી) મેટલ આયન સાયકલિંગ પદ્ધતિનું યોજનાકીય ચિત્ર.(E અને F) 100-ચક્ર Cu ની SEM છબીઓ (E) પહેલા અને (F) ECR શરતો હેઠળ પૂર્વસૂચન પછી.(G) TEM અને સિલેક્ટેડ-એરિયા ઇલેક્ટ્રોન વિવર્તન સૂચવે છે કે Cu(100) ખુલ્લા હતા અને (H) Cu(100), Cu(111), અને Cu(211) પાસાઓ પર *OCCO અને *OCCHO રચના માટે મુક્ત ઊર્જા.(D) થી (G) નેચર પબ્લિશિંગ ગ્રુપ (42) ની પરવાનગી સાથે પુનઃઉત્પાદિત કરવામાં આવે છે.(I) Cu(111), Cu(751), અને Cu(100) પર સંભવિતના કાર્ય તરીકે ઓક્સિજન અને હાઇડ્રોકાર્બનનો ગુણોત્તર.(J) Cu(111), Cu(100), અને Cu(751) માટે સંકલન નંબરો.(I) અને (J) ને નેશનલ એકેડેમી ઓફ સાયન્સ (97) ની પરવાનગી સાથે પુનઃઉત્પાદિત કરવામાં આવે છે.(K) Cu NPs થી ઘન જેવા તાંબામાં પરિવર્તન પ્રક્રિયાની યોજના.નેશનલ એકેડેમી ઓફ સાયન્સ (98) ની પરવાનગી સાથે પુનઃઉત્પાદિત.(L) ECR પહેલા અને પછી નેનોડેન્ડ્રીટિક કોપરની SEM છબીઓ.અમેરિકન કેમિકલ સોસાયટી (99) ની પરવાનગી સાથે પુનઃઉત્પાદિત.

ઇલેક્ટ્રોકેટાલિસ્ટ્સ માટે ક્રિસ્ટલ પાસાઓનું પસંદગીયુક્ત એક્સપોઝર ચોક્કસ ECR ઉત્પાદનો તરફ ઉન્નત FE હાંસલ કરવા માટે અસરકારક અને સીધા અભિગમ તરીકે દર્શાવવામાં આવ્યું છે અને મૂળભૂત સમજણ માટે એક મહત્વપૂર્ણ રીત છે.સિંગલ-ક્રિસ્ટલ ઉત્પ્રેરકનું સરળ પરંતુ માપી શકાય તેવું સંશ્લેષણ પડકારજનક છે.બેટરી માટે ગેલ્વેનોસ્ટેટિક ચાર્જિંગ-ડિસ્ચાર્જિંગ (GCD) પ્રક્રિયાથી પ્રેરિત, અમારા જૂથે Cu ઉત્પ્રેરક (42) ના ક્રિસ્ટલ પાસાને પસંદગીયુક્ત રીતે બહાર લાવવા માટે મેટલ આયન સાયકલિંગ પદ્ધતિ (ફિગ. 6D) વિકસાવી છે.100 GCD ચક્ર પછી, ક્યુ ફોઇલ પર ખુલ્લા (100) પાસાઓ (ફિગ. 6, E થી G) સાથે ગાઢ ક્યુ નેનોક્યુબ એરેની રચના કરવામાં આવી હતી.100-ચક્રના ઉત્પ્રેરકે 30% કરતા વધુનો એકંદર C2+ આલ્કોહોલ FE અને અનુરૂપ C2+ આલ્કોહોલ વર્તમાન ઘનતા 20 mA cm−2 કરતાં વધુ રજૂ કરી.જો કે, (100) પાસાના નીચા ગુણોત્તર સાથે 10-સાયકલ Cu માત્ર ~10% નું C2+ આલ્કોહોલ FE ઓફર કરે છે.DFT સિમ્યુલેશન પુષ્ટિ કરે છે કે Cu(100) અને સ્ટેપ્ડ (211) પાસાઓ Cu(111) પર C─C જોડાણ માટે વધુ અનુકૂળ હતા, જેમ કે ફિગ. 6H માં બતાવ્યા પ્રમાણે.એક મોડલ ઉત્પ્રેરક, એપિટેક્સિયલ ક્યુ ફિલ્મનો ઉપયોગ વિવિધ ખુલ્લા પાસાઓ સાથે, C2+ ઓક્સિજનેટ ઉત્પાદન (ફિગ. 6I) (97) તરફ સક્રિય-સાઇટ હેતુઓ નક્કી કરવા માટે કરવામાં આવ્યો છે.ઓછા પડોશીઓ સાથેની સપાટી પર H* અણુઓની બાજુમાં CO* ડાઇમરની સંભાવના ઓછી હોવાથી, ઓછી સંકલિત Cu સાઇટ્સ હાઇડ્રોકાર્બનની રચનાને દબાવી શકે છે અને સુધારેલ C2+ ઓક્સિજનેટ FE તરફ દોરી શકે છે કારણ કે તે હાઇડ્રોજનેટ કરવું વધુ મુશ્કેલ છે. C─C તેની સપાટી પર ECR મધ્યવર્તી જોડીને (97).એપિટેક્સિયલ ક્યુ ફિલ્મ અભ્યાસમાં, લેખકોએ પુષ્ટિ કરી કે Cu(751) પાસા પર ECR એ સુધારેલ ઓક્સિજનેટ/હાઈડ્રોકાર્બન ગુણોત્તર દર્શાવે છે.આ ઉન્નતીકરણ વિવિધ Cu પાસાઓની સપાટી Cu અણુ ભૂમિતિ અને અનુરૂપ નીચલી સરેરાશ સંકલિત સંખ્યા (ફિગ. 6J), જ્યાં Cu(751) પર અનુક્રમે બે, ચાર અને છ નજીકના પડોશીઓ સાથે Cu અણુ સંકલન કરે છે, માટે જવાબદાર ગણી શકાય. Cu(100), અને Cu(111) પાસાઓ.સીટુ મોર્ફોલોજીમાં પુનઃનિર્માણનો ઉપયોગ C2+ ઓક્સિજનેટ FE સુધારવા માટે પણ કરવામાં આવ્યો છે.યાંગ અને સહકાર્યકરો (98) દ્વારા સક્રિય ક્યુબ-જેવું Cu ઉત્પ્રેરક વિકસાવવામાં આવ્યું હતું, જેણે C─C કપ્લીંગ કામગીરીમાં સુધારો દર્શાવ્યો હતો.વિગતવાર, વિવિધ લોડિંગ સાથે મોનોડિસ્પર્સ Cu NPs (6.7 nm) ECR માટે ઉત્પ્રેરક તરીકે કાર્બન પેપર સપોર્ટ પર જમા કરવામાં આવ્યા હતા.દેખીતી રીતે, Cu NP લોડિંગમાં વધારા સાથે C2+ ઓક્સિજનેટના વધેલા FE જોવા મળ્યા હતા.તે દર્શાવવામાં આવ્યું હતું કે ECR દરમિયાન ઉચ્ચ લોડિંગ પરિસ્થિતિઓમાં ગીચતાથી ભરેલા Cu NPs સીટુ મોર્ફોલોજિકલ ટ્રાન્સફોર્મેશનમાં પસાર થયા હતા, જેમાં ક્યુબ જેવા મોર્ફોલોજીસ છેલ્લે રચાયા હતા (ફિગ. 6K).આ નવી રચાયેલ માળખું વધુ ઇલેક્ટ્રોકેટાલિટીલી સક્રિય હોવાનું જણાયું હતું.Tafel વિશ્લેષણ સૂચવે છે કે CO dimerization એ C2 ઉત્પાદન રચના માટે દર-નિર્ધારણ પગલું હતું, જ્યારે n-પ્રોપાનોલનું આ ઉત્પ્રેરક પ્રણાલીમાં એક અલગ માર્ગ દર્શાવે છે.નેનોડેન્ડ્રીટિક કોપર એ બીજું ઉદાહરણ છે જે C2+ ઓક્સિજનેટ ઉત્પાદન (99) માટે મોર્ફોલોજી નિયંત્રણનું મહત્વ દર્શાવે છે.સંક્ષિપ્તમાં, C2+ આલ્કોહોલ માટે સારી રીતે વ્યાખ્યાયિત કોપર નેનોડેંડ્રાઈટ (ફિગ. 6L) નો કુલ FE −1.0 V વિરુદ્ધ RHE પર લગભગ 25% હતો.13% નું પ્રભાવશાળી n-પ્રોપેનોલ FE −0.9 V પર હાંસલ કરી શકાય છે. Cu અણુની ઉચ્ચ પ્રવૃત્તિને ધ્યાનમાં લેતા, તાંબા આધારિત ઉત્પ્રેરક હંમેશા ECR દરમિયાન માળખાકીય અધોગતિથી પીડાય છે, ખાસ કરીને ઉચ્ચ અતિશય સંભાવના પર, જે બદલામાં, ગરીબ તરફ દોરી જાય છે. સ્થિરતાજો કે, આવા નેનોડેન્ડ્રીટિક તાંબાએ આલ્કોહોલ ઉત્પાદન માટે સારી સ્થિરતા દર્શાવી હતી, જે 6 કલાકમાં આલ્કોહોલ FE ~24% દર્શાવે છે.

ઇલેક્ટ્રોકેટાલિસ્ટ્સની ખામીઓ, જેમ કે અણુ ખાલી જગ્યાઓ અને ડોપન્ટ્સ, બિનપરંપરાગત ECR મધ્યવર્તી પદાર્થોને શોષવાની શક્યતા દર્શાવે છે અને આમ, ઓક્સિજન (29, 43, 100) તરફના અનુરૂપ માર્ગને પસંદગીયુક્ત રીતે વધારવાની શક્યતા દર્શાવે છે.ઉદાહરણ તરીકે *C2H3O ને ​​લઈને, જે ઇથિલિન અને ઇથેનોલના ઉત્પાદન માટે સંભવિત અંતિમ મધ્યવર્તી છે, સાર્જન્ટ અને સહકાર્યકરો (43) એ કોર-શેલ Cu ઇલેક્ટ્રોકેટાલિસ્ટમાં ખામીઓની ભૂમિકાનો વિગતવાર અભ્યાસ કર્યો.તેઓએ સૈદ્ધાંતિક રીતે બતાવ્યું કે ઇથિલિન અને ઇથેનોલની રચના માટે પ્રતિક્રિયા ઊર્જા અવરોધો પ્રારંભિક C─C કપલિંગ સ્ટેજ (0.5-V ઓવરપોટેન્શિયલ) (ફિગ. 7A) માં સમાન હતા.આવી સ્થિતિમાં, તાંબાની ખાલી જગ્યાનો પરિચય એથિલિનની રચના માટે ઊર્જા અવરોધમાં થોડો વધારો કરશે, તેમ છતાં તેણે ઇથેનોલ જનરેશન (ફિગ. 7B) પર કોઈ પ્રભાવ દર્શાવ્યો નથી.જો કે, ફિગ. 7C માં બતાવ્યા પ્રમાણે, ખાલી જગ્યા અને સબસર્ફેસ સલ્ફર ડોપેન્ટ સાથેના કોપર ઉત્પ્રેરક ઇથિલિન માર્ગ માટે ઉર્જા અવરોધને નોંધપાત્ર રીતે વધારી શકે છે, જે તેને થર્મોડાયનેમિકલી પ્રતિકૂળ બનાવે છે.જો કે, આવા ફેરફારથી ઇથેનોલ પાથવે પર નજીવી અસર જોવા મળી.આ ઘટના વધુ પ્રાયોગિક રીતે ચકાસવામાં આવી હતી.વિપુલ સપાટીની ખાલી જગ્યાઓ સાથે કોર-શેલ સંરચિત Cu2S-Cu (Cu2S-Cu-V; ફિગ. 7D)નું સંશ્લેષણ કરવામાં આવ્યું હતું.આલ્કોહોલ અને ઇથિલિનનો ગુણોત્તર ખાલી Cu NPs પર 0.18 થી વધીને ખાલી જગ્યા-મુક્ત Cu2S-Cu પર 0.34 અને પછી Cu2S-Cu-V પર 1.21 થયો, જોકે તમામ ઉત્પ્રેરકો માટે C2+ ઉત્પાદનોનો કુલ FE સમાન રહ્યો (ફિગ. 7E) .આ અવલોકન દર્શાવે છે કે આલ્કોહોલ પસંદગીના પ્રમોશન ડીએફટી પરિણામ સાથે સુસંગત, ઇથિલિન ઉત્પાદનના દમન સાથે સંકળાયેલું હતું.વધુમાં, ધાતુ-મુક્ત કાર્બન ઉત્પ્રેરક માટે ખામી ઇજનેરી વધુ મહત્વની ભૂમિકા ભજવે છે કારણ કે શુદ્ધ કાર્બન સામગ્રી ECR માટે નિષ્ક્રિય છે.નાઈટ્રોજન અને બોરોન જેવા ડોપન્ટ્સનો ઉપયોગ કાર્બન-આધારિત ઉત્પ્રેરક (31, 43, 100) ની ઈલેક્ટ્રોનિક રચનાને બદલવા માટે કરવામાં આવ્યો છે.ઉદાહરણ તરીકે, સિલિકોન સબસ્ટ્રેટ પર નાઇટ્રોજન-ડોપેડ નેનોડિયામંડ (NDD) ફિલ્મ ક્વાન એટ અલ દ્વારા વિકસિત કરવામાં આવી હતી.(29) ECR (ફિગ. 7F) માંથી પસંદગીયુક્ત એસિટેટ ઉત્પાદન માટે.એનડીડી ઉત્પ્રેરકનો ઉપયોગ કરીને આરએચઇ વિરુદ્ધ એસિટેટની શરૂઆતની સંભાવના −0.36 V જેટલી ઓછી હતી, અને એસિટેટ માટે FE એ RHE વિરુદ્ધ −0.8 થી −1.0 V ની સંભવિત શ્રેણીમાં 75% કરતાં વધુ હતી.આવા પ્રભાવશાળી સુધારાના મૂળને સમજવા માટે, વિવિધ નાઇટ્રોજન સામગ્રીઓ અથવા નાઇટ્રોજન પ્રજાતિઓ સાથેના NDD/Si ​​ઇલેક્ટ્રોડ્સ તૈયાર કરવામાં આવ્યા હતા અને તપાસ કરવામાં આવી હતી (ફિગ. 7G).લેખકોએ તારણ કાઢ્યું હતું કે ECR માટે NDD/Si ​​ઉત્પ્રેરકનું શ્રેષ્ઠ પ્રદર્શન હાઇડ્રોજન ઉત્ક્રાંતિ અને N ડોપિંગ માટે તેના ઉચ્ચ અતિશય ક્ષમતાને આભારી હોઈ શકે છે, જ્યાં N-sp3C પ્રજાતિઓ એસિટેટ ઉત્પાદન માટે અત્યંત સક્રિય હતી.ઇલેક્ટ્રોકાઇનેટિક ડેટા અને ઇન સિટુ ઇન્ફ્રારેડ સ્પેક્ટ્રમ દર્શાવે છે કે એસિટેટ રચના માટેનો મુખ્ય માર્ગ CO2 → *CO2− → *(COO)2 → CH3COO− હોઈ શકે છે.નાઇટ્રોજન ઉપરાંત, બોરોન નેનોડિયામંડના ઇલેક્ટ્રોનિક માળખાને નિયંત્રિત કરવા માટે અન્ય સારી રીતે શોધાયેલ હેટરોએટમ છે.જો કે, બોરોન-ડોપેડ નેનોડિયામંડ (BDD) એ પ્રાધાન્યરૂપે CO2 ને ફોર્માલ્ડીહાઇડ અથવા ફોર્મેટ (101) માં ઘટાડ્યું.વધુમાં, ક્વાન અને સહકાર્યકરો (102) એ દર્શાવ્યું કે બોરોન અને નાઇટ્રોજન કો-ડોપેડ નેનોડિયામંડ (BND) એ ECR પર સિનર્જિસ્ટિક અસર દર્શાવી છે, જે BDD ની મર્યાદાને દૂર કરી શકે છે અને પછી પસંદગીપૂર્વક ઇથેનોલ ઉત્પન્ન કરી શકે છે.BND1, BND2, અને BND3 વિવિધ નાઇટ્રોજન સામગ્રીઓ અને સમાન બોરોન ડોપિંગ સ્તરો સાથે ઉત્પ્રેરક તૈયાર કરવામાં આવ્યા હતા.ફિગ. 7H માં બતાવ્યા પ્રમાણે, સૌથી વધુ નાઇટ્રોજન ડોપિંગ ધરાવતા −1.0 V વિરુદ્ધ BND3 ઉત્પ્રેરક પર 93% સુધી ઇથેનોલની ઉચ્ચતમ પસંદગી પ્રાપ્ત કરી શકાય છે.સૈદ્ધાંતિક ગણતરી દર્શાવે છે કે BND પર C─C જોડાણ પ્રક્રિયા થર્મોડાયનેમિક રીતે અનુકૂળ હતી, જ્યાં બોરોન પરમાણુ CO2 ના કેપ્ચરને પ્રોત્સાહન આપે છે અને નાઇટ્રોજન ડોપન્ટે ઇથેનોલ તરફ મધ્યવર્તી હાઇડ્રોજનેશનને સરળ બનાવે છે.જોકે હીટેરોએટોમ-ડોપેડ નેનોડિયામંડ ઉચ્ચ પસંદગી સાથે CO2 ને મલ્ટિકાર્બન ઓક્સિજનેટમાં રૂપાંતરિત કરવામાં સક્ષમ હતું, તેની ECR પ્રવૃત્તિ ધીમી ચાર્જ ટ્રાન્સફર પ્રક્રિયાને કારણે ખૂબ જ મર્યાદિત છે (વર્તમાન ઘનતા 2 mA cm−2 કરતાં ઓછી છે).ડાયમંડ-આધારિત ઉત્પ્રેરકની ખામીઓને દૂર કરવા માટે ગ્રાફીન-આધારિત સામગ્રી સંભવિત ઉકેલ હોઈ શકે છે.સૈદ્ધાંતિક રીતે, ગ્રાફીન સ્તરમાં ધાર પાયરિડિનિક N સાઇટ્સને C─C કપલિંગ (103) માટે સક્રિય સાઇટ્સ તરીકે લેવામાં આવી છે.આ એ હકીકતને કારણે છે કે ધારની જગ્યાઓ પર પાયરિડિનિક N ની હાજરી CO2 ને CO માં રૂપાંતરિત કરી શકે છે, જે આગળ C2+ પરમાણુ (ફિગ. 7I) માં જોડી શકાય છે.ઉદાહરણ તરીકે, *C2O2 મધ્યવર્તી નાઈટ્રોજન-ડોપ્ડ કાર્બનમાં સ્થિર થઈ શકે છે જેમાં બે C અણુ અનુક્રમે પાયરિડિનિક N અને તેની નજીકના C અણુ સાથે જોડાયેલા હોય છે (103).સૈદ્ધાંતિક આગાહી પછી નાઇટ્રોજન-ડોપેડ ગ્રાફીન ક્વોન્ટમ ડોટ (NGQD) ઉત્પ્રેરક (31) નો ઉપયોગ કરીને માન્ય કરવામાં આવી હતી.નાઇટ્રોજન-ડોપેડ ગ્રાફીન શીટ્સ (1 થી 3 μm) (ફિગ. 7J) ના પલ્વરાઇઝેશન પછી, 1- થી 3-nm NGQDs મેળવવામાં આવ્યા હતા જેમાં ધારની જગ્યાઓ પર પાયરિડિનિક N ની ઘનતા તીવ્રતાના ત્રણ ઓર્ડર દ્વારા વધારવામાં આવી હતી.−0.78 V વિરુદ્ધ RHE પર, C2+ ઓક્સિજન માટે મહત્તમ FE 26% સુધી પહોંચી શકે છે.વધુમાં, ફિગ. 7K માં બતાવ્યા પ્રમાણે, C2+ ઓક્સિજન માટે આંશિક વર્તમાન ઘનતા −0.86 V વિરુદ્ધ RHE પર 40 mA cm−2 ની નજીક છે, જે સંશોધિત નેનોડિયામંડ કરતાં ઘણી વધારે છે.સરખામણીમાં, એન-ફ્રી ગ્રાફીન ક્વોન્ટમ ડોટ્સ અને એન-ડોપેડ ગ્રાફીન ઓક્સાઇડ, જે ઘણી નીચી ધારવાળી સાઇટ પાયરિડિનિક N દર્શાવે છે, મુખ્યત્વે H2, CO, અને ફોર્મેટ મેળવે છે.

(A થી C) ગીબ્સ *C2H3O થી તાંબા માટે ઇથિલિન અને ઇથેનોલ, ખાલી જગ્યા સાથે કોપર અને કોપર વેકેન્સી અને સબસર્ફેસ સલ્ફર સાથે તાંબુ મુક્ત ઊર્જા આપે છે.(D) Cu2S-Cu-V ઉત્પ્રેરકનું યોજનાકીય ચિત્ર.(E) C2+ આલ્કોહોલ અને ઇથિલિનનું FE, તેમજ આલ્કોહોલ અને અલ્કેન્સનું FE ગુણોત્તર.(A) થી (E) નેચર પબ્લિશિંગ ગ્રુપ (43) ની પરવાનગી સાથે પુનઃઉત્પાદિત કરવામાં આવે છે.(F) NDD ની SEM છબી.(G) વિવિધ નાઇટ્રોજન સામગ્રીઓ સાથે NDD પર એસિટેટ અને ફોર્મેટના ઉત્પાદન દર.% પર, પરમાણુ %.(F) અને (G) અમેરિકન કેમિકલ સોસાયટી (29) ની પરવાનગી સાથે પુનઃઉત્પાદિત થાય છે.(H) NDD, BDD અને BND માટે −1.0 V પર FE(I) NGQDs માં C─C કપલિંગ માટે સક્રિય સાઇટ્સનું યોજનાકીય ચિત્ર.(I) અમેરિકન કેમિકલ સોસાયટી (103) ની પરવાનગી સાથે પુનઃઉત્પાદિત કરવામાં આવે છે.(J) NGQDs ની TEM છબી.સ્કેલ બાર, 1 એનએમ.(K) NGQD નો ઉપયોગ કરીને વિવિધ ઉત્પાદનો માટે આંશિક વર્તમાન ઘનતા.(J) અને (K) નેચર પબ્લિશિંગ ગ્રુપ (31) ની પરવાનગી સાથે પુનઃઉત્પાદિત કરવામાં આવે છે.

ઇલેક્ટ્રોકેટાલિસ્ટ્સ ઉપરાંત, ઇલેક્ટ્રોડ અને ઉત્પ્રેરક રિએક્ટર આર્કિટેક્ચર ડિઝાઇન, ખાસ કરીને ઉત્પાદન દર અને ઊર્જા કાર્યક્ષમતા માટે, ECR પ્રદર્શનને વધારવા માટે અન્ય અસરકારક માર્ગ રજૂ કરે છે.અત્યંત કાર્યક્ષમ C2+ ઉત્પાદન હાંસલ કરવા માટે નોવેલ ઇલેક્ટ્રોરેડક્શન સિસ્ટમ્સની ડિઝાઇન અને ફેબ્રિકેશન પર નોંધપાત્ર સુધારા કરવામાં આવ્યા છે.આ વિભાગમાં, અમે ECR ઇલેક્ટ્રોડ/રિએક્ટર ડિઝાઇનની વિગતવાર ચર્ચા કરીશું.

H-પ્રકારના કોષોનો ઉપયોગ લેબ-સ્કેલ પરીક્ષણોમાં વ્યાપકપણે થાય છે, તેમની સરળ એસેમ્બલી, સરળ કામગીરી અને ઓછી કિંમતને ધ્યાનમાં રાખીને.કોષો સ્વતંત્ર કેથોડ અને એનોડ ચેમ્બરથી સજ્જ છે જે આયન-વિનિમય પટલ (104, 105) દ્વારા જોડાયેલા છે.આ એચ-પ્રકાર કોષનો પ્રાથમિક ગેરલાભ એ જલીય ઇલેક્ટ્રોલાઇટમાં ઓછી CO2 દ્રાવ્યતા છે, જે આસપાસની પરિસ્થિતિઓમાં માત્ર 0.034 M છે, જે j < 100 mA cm−2 (64) ની વર્તમાન ઘનતામાં મર્યાદિત CO2 ઘટાડો તરફ દોરી જાય છે.તદુપરાંત, અન્ય આંતરિક ખામીઓ, જેમાં મર્યાદિત ઇલેક્ટ્રોડ સપાટી વિસ્તાર અને વિશાળ ઇન્ટરઇલેક્ટ્રોડ અંતરનો સમાવેશ થાય છે, તે વધતી જતી સંશોધન જરૂરિયાતોને પહોંચી વળવામાં નિષ્ફળ રહી છે (105, 106).C2+ પ્રોડક્ટ જનરેશન માટે, H-પ્રકારના કોષો સામાન્ય રીતે ઉચ્ચ અતિશય સંભાવનાઓ હેઠળ ઓછી પસંદગી દર્શાવે છે, દા.ત., −0.98 V વિરુદ્ધ RHE (107) પર ઇથિલિન માટે 32%, RHE (99) વિરુદ્ધ −0.9 V પર n-પ્રોપેનોલ માટે 13.1%, અને ગંભીર સ્પર્ધાત્મક હાઇડ્રોજન ઉત્ક્રાંતિને કારણે −0.46 V વિરુદ્ધ RHE (108) પર ઇથેનોલ માટે 20.4%.

ઉપરોક્ત મુદ્દાઓને ઉકેલવા માટે, ફ્લો રિએક્ટરની દરખાસ્ત કરવામાં આવી હતી (15, 109).પ્રવાહ કોષોમાં, વાયુયુક્ત CO2 સ્ટ્રીમનો સીધો ઉપયોગ કેથોડ પર ફીડસ્ટોક તરીકે થઈ શકે છે, આમ નોંધપાત્ર રીતે સામૂહિક પ્રસરણ અને ઉત્પાદન દર (104, 110) તરફ દોરી જાય છે.આકૃતિ 8A ફ્લો સેલની લાક્ષણિક આર્કિટેક્ચર બતાવે છે, જ્યાં પોલિમર ઇલેક્ટ્રોલાઇટ મેમ્બ્રેન (PEM) ઇલેક્ટ્રોડ વિભાજક તરીકે સેવા આપે છે જે બે ફ્લો ચેનલો વચ્ચે સેન્ડવિચ કરવામાં આવે છે.કેથોડ ઇલેક્ટ્રોડ તરીકે સેવા આપવા માટે ઉત્પ્રેરકને ગેસ ડિફ્યુઝન ઇલેક્ટ્રોડ (GDE) પર સ્થિર કરવામાં આવે છે, જેમાં વાયુયુક્ત CO2 સીધો ખવડાવવામાં આવે છે.કેથોલાઈટ, જેમ કે 0.5 M KHCO3, ઉત્પ્રેરક ઇલેક્ટ્રોડ અને PEM વચ્ચેના પાતળા સ્તરમાં સતત વહે છે.વધુમાં, એનોડ બાજુ સામાન્ય રીતે ઓક્સિજન ઉત્ક્રાંતિ પ્રતિક્રિયા (43, 110) માટે જલીય ઇલેક્ટ્રોલાઇટ સાથે પરિભ્રમણ કરવામાં આવે છે.એચ-પ્રકારના કોષોની તુલનામાં, આ પટલ આધારિત પ્રવાહ કોષો ઘણી શ્રેષ્ઠ ECR કામગીરી દર્શાવે છે.ઉદાહરણ તરીકે, સાર્જન્ટ અને સહકાર્યકરો (43) એ એચ-ટાઈપ સેલ અને ફ્લો સેલ બંનેમાં Cu2S-Cu-V ઉત્પ્રેરકના ECR પ્રદર્શનનું મૂલ્યાંકન કર્યું, જેમ કે ફિગ. 8 (B થી E) માં દર્શાવવામાં આવ્યું છે.H-પ્રકારના કોષોનો ઉપયોગ કરીને, C2+ ઉત્પાદનો માટે મહત્તમ FE 41% હતી જેની કુલ વર્તમાન ઘનતા ~30 mA cm−2 હેઠળ −0.95 V વિરુદ્ધ RHE હતી.જો કે, C2+ પ્રોડક્ટ્સ માટે FE વધીને 53% થઈ ગયો છે, જેની કુલ વર્તમાન ઘનતા સરળતાથી 400 mA cm−2 ની નીચે −0.92 V વિરુદ્ધ RHE ની ફ્લો સિસ્ટમથી વધી ગઈ છે.ફ્લો રિએક્ટરનો ઉપયોગ કરીને આવા નોંધપાત્ર પ્રદર્શન સુધારણાને ઉન્નત CO2 પ્રસરણ અને દબાયેલી બાજુની પ્રતિક્રિયાઓ માટે જવાબદાર ગણી શકાય, જે મુખ્યત્વે સ્થાનિક ગેસ-ઇલેક્ટ્રોલાઇટ-ઉત્પ્રેરક ટ્રિપલ-ઇન્ટરફેસ આર્કિટેક્ચરમાંથી ઉદ્ભવે છે.

(A) ઇલેક્ટ્રોડ-ઇલેક્ટ્રોલાઇટ ઇન્ટરફેસના ઝૂમ-ઇન સ્કીમેટિક સાથે ફ્લો ઇલેક્ટ્રોલાઇઝરનો ડાયાગ્રામ.(A) જ્હોન વિલી એન્ડ સન્સ (30) ની પરવાનગી સાથે પુનઃઉત્પાદિત થયેલ છે.(B થી E) H-ટાઈપ સેલ અને ફ્લો સેલનો ઉપયોગ કરીને ECR પ્રદર્શનની સરખામણી.(B) થી (E) નેચર પબ્લિશિંગ ગ્રુપ (43) ની પરવાનગી સાથે પુનઃઉત્પાદિત કરવામાં આવે છે.(F થી H) ECR પ્રદર્શન વિરુદ્ધ ફ્લો કોશિકાઓમાં લાગુ વિવિધ ઇલેક્ટ્રોલાઇટ્સ.(F) થી (H) જ્હોન વિલી એન્ડ સન્સ (30) ની પરવાનગી સાથે પુનઃઉત્પાદિત કરવામાં આવે છે.(I to K) પોલિમર-આધારિત ગેસ પ્રસરણ ઇલેક્ટ્રોડનું માળખું અને સ્થિરતા પ્રદર્શન.(I) થી (K) AAAS (33) ની પરવાનગી સાથે પુનઃઉત્પાદિત કરવામાં આવે છે.

શૂન્ય ગેપ સેલ એ ઈલેક્ટ્રોલાઈઝરનો બીજો ઉભરતો વર્ગ છે, જે ફ્લો કોશિકાઓમાં ફ્લો ચેનલોને વધુ દૂર કરે છે અને વચ્ચે આયન-વિનિમય પટલ સાથે બે ઈલેક્ટ્રોડને દબાવી દે છે.આ રૂપરેખાંકન સામૂહિક ટ્રાન્સફર અને ઇલેક્ટ્રોન ટ્રાન્સફર પ્રતિકારને નોંધપાત્ર રીતે ઘટાડી શકે છે અને આ રીતે ઊર્જા કાર્યક્ષમતામાં સુધારો કરી શકે છે, જે તેને વ્યવહારુ કાર્યક્રમોમાં વધુ શક્ય બનાવે છે (110).કેથોડને આપવામાં આવતા રિએક્ટન્ટ્સ ક્યાં તો CO2-સંતૃપ્ત કેથોલાઈટ અથવા ભેજયુક્ત CO2 પ્રવાહ હોઈ શકે છે.CO2 ઘટાડવાની પ્રજાતિઓ (111) માટે ચાર્જની ભરપાઈ કરવા માટે પ્રોટોનના પ્રકાશન માટે પાણીની વરાળ અથવા જલીય ઇલેક્ટ્રોલાઇટ ફરજિયાતપણે એનોડને ખવડાવવામાં આવે છે.ગુટીરેઝ-ગુએરા એટ અલ.(109) શૂન્ય ગેપ સેલમાં Cu-AC હાઇબ્રિડ ઉત્પ્રેરકની કામગીરીનું મૂલ્યાંકન કર્યું અને અહેવાલ આપ્યો કે 60% ની ઉચ્ચ પસંદગી સાથે એસીટાલ્ડીહાઇડ મુખ્ય ઉત્પાદન છે.આ ઉપકરણના અન્ય ફાયદા તરીકે, રિએક્ટન્ટ પ્રવાહને દબાણ કરવું અને સ્થાનિક CO2 સાંદ્રતાને નોંધપાત્ર રીતે વધારવું ખૂબ જ સરળ છે, આમ મોટી વર્તમાન ઘનતા અને ઉચ્ચ પ્રતિક્રિયા દર (110) માં પરિણમે છે.જો કે, શૂન્ય ગેપ કોશિકાઓમાં પ્રવેગિત આયન વિનિમય દર કેથોલાઈટને એસિડિફાઇ કરે છે, CO2 ઘટાડાને બદલે H2 ઉત્ક્રાંતિ તરફ પ્રતિક્રિયાને ખસેડે છે (112).આ સમસ્યાનો સામનો કરવા માટે, Zhou અને સહકાર્યકરો (112, 113) એ કેથોડ અને મેમ્બ્રેન વચ્ચે ફરતા જલીય ઇલેક્ટ્રોલાઇટ સાથેનું બફર સ્તર દાખલ કર્યું જેથી CO2 ઘટાડવાની પ્રતિક્રિયા માટે કેથોડની નજીક યોગ્ય pH જાળવી શકાય.જો કે એસીટોન, ઇથેનોલ અને એન-પ્રોપાનોલ સહિત શૂન્ય ગેપ કોષોના આધારે વિવિધ C2+ ઉત્પાદનો શોધવામાં આવ્યા હતા, તેમ છતાં FE હજુ પણ પ્રમાણમાં ઓછા છે.મોટાભાગના અહેવાલ કરાયેલા અભ્યાસો હંમેશા C1 ઉત્પાદનો પર ધ્યાન કેન્દ્રિત કરે છે જેમાં ઘટાડો પ્રતિક્રિયા દરમિયાન પ્રોટોન અને ઇલેક્ટ્રોન ટ્રાન્સફરની ઓછી સંખ્યામાં સમાવેશ થાય છે.તેથી, C2+ ઉત્પાદનો માટે શૂન્ય ગેપ સેલની શક્યતા હજુ પણ ચર્ચા હેઠળ છે (110).

તદુપરાંત, માઇક્રોફ્લુઇડિક ઇલેક્ટ્રોલિટીક કોષો (MECs) કેનિસ અને સહકાર્યકરો (39, 114) દ્વારા વિકસિત એક પ્રકારનું અત્યંત આકર્ષક ઇલેક્ટ્રોલાઇઝર રૂપરેખાંકન છે.આ ઉપકરણમાં, પટલને એનોડ અને કેથોડને અલગ કરવા માટે વહેતા ઇલેક્ટ્રોલાઇટ પ્રવાહથી ભરેલી પાતળી જગ્યા (<1 મીમી જાડાઈ) દ્વારા બદલવામાં આવે છે.CO2 પરમાણુઓ ઝડપથી કેથોડની નજીકના ઇલેક્ટ્રોડ-ઇલેક્ટ્રોલાઇટ ઇન્ટરફેસમાં ફેલાય છે, અને બે નિશ્ચિત GDE વહેતા ઇલેક્ટ્રોલાઇટ દ્વારા ફ્લશ થાય છે.પટલ-આધારિત પ્રવાહ કોશિકાઓની તુલનામાં, MEC માત્ર ઉચ્ચ પટલ ખર્ચને ટાળે છે પરંતુ પાણીના સંચાલનને પણ ઘટાડે છે, જે ખાસ કરીને એનોડ ડ્રાય-આઉટ અને કેથોડ ફ્લડિંગનો સંદર્ભ આપે છે જ્યારે પાણીના અણુઓના ઓસ્મોટિક ખેંચાણને કારણે ઉચ્ચ વર્તમાન ઘનતા પર સંચાલિત થાય છે. એનોડથી કેથોડ સુધી પ્રોટોન પરિવહન સમગ્ર પટલ (115).જ્યાં સુધી આપણે જાણીએ છીએ, નોંધનીય ગુણો અને સિદ્ધિઓ હોવા છતાં, ઓછા અભ્યાસોએ મૂળ MECs માં C2+ ઉત્પાદનો હાંસલ કર્યા છે.આ સંભવતઃ "ફ્લોટિંગ" અસરને કારણે થાય છે કે એનોડમાં બનેલા પ્રોટોન કેથોડની નજીકથી સરળતાથી નીકળી જાય છે અથવા વહેતા ઇલેક્ટ્રોલાઇટ દ્વારા ધોવાઇ જાય છે, બહુવિધ પ્રોટોન જરૂરી C2+ રચના પ્રતિક્રિયામાં ભાગ લેવાને બદલે.અનુમાનની પુષ્ટિ નીચેના ઉદાહરણ દ્વારા કરી શકાય છે.2016 માં, કેનિસ અને સહકાર્યકરો (31) એ સંશોધિત અને મેમ્બ્રેન-સમાવતી MEC પર CO2 થી C2+ ઉત્પાદનોના સફળ ઘટાડાની જાણ કરી, જેમાં NGQDs 55% FE (31% ઇથિલિન માટે, 14%) સાથે CO2 પરમાણુઓને C2+ સુધી ઘટાડી શકે છે. ઇથેનોલ માટે, એસીટેટ માટે 6%, અને n-પ્રોપાનોલ માટે 4%) 1 M KOH દ્રાવણમાં RHE વિરુદ્ધ −0.75 V ની લાગુ સંભવિતતા પર.તે નિર્દેશ કરવો મહત્વપૂર્ણ છે કે ઇલેક્ટ્રોલાઇટ વાતાવરણ ઉત્પાદનની પસંદગીને પણ નોંધપાત્ર રીતે અસર કરી શકે છે.ઉદાહરણ તરીકે, જિયાઓ અને સહકાર્યકરો (30) એ નેનોપોરસ ક્યુ ઉત્પ્રેરકનું સંશ્લેષણ કર્યું અને પછી મેમ્બ્રેન-આધારિત MEC માં વિવિધ ઇલેક્ટ્રોલાઇટ્સ (KHCO3, KOH, K2SO4 અને KCl) નો ઉપયોગ કરીને તેના ECR પ્રદર્શનનું પરીક્ષણ કર્યું.તેઓએ જાહેર કર્યું કે આલ્કલાઇન ઇલેક્ટ્રોલાઇટ (KOH) માં CO2 ઘટાડો સૌથી વધુ C2+ પસંદગી અને વર્તમાન ઘનતા દર્શાવે છે, જેમ કે ફિગ. 8 (F અને G) માં બતાવ્યા પ્રમાણે.1 M KOH ઇલેક્ટ્રોલાઇટમાં −0.67 V વિરુદ્ધ RHE પર, C2+ માટે મેળવેલ FE 653 mA cm−2 ની આંશિક વર્તમાન ઘનતા સાથે 62% સુધી પહોંચે છે, જે અત્યાર સુધી ઇલેક્ટ્રોકેમિકલ CO2 ઘટાડામાં નોંધાયેલી સૌથી વધુ વર્તમાન ઘનતાઓમાંની એક છે. C2+ ઉત્પાદનો તરફ.ઇથિલિન (38.6%), ઇથેનોલ (16.6%), અને n-પ્રોપેનોલ (4.5%) એ ઓછી માત્રામાં એસિટેટ સાથેના મુખ્ય C2+ ઉત્પાદનો છે.તેઓએ એ પણ ધ્યાન દોર્યું કે C2+ ઉત્પાદનો માટે ગણતરી કરેલ સપાટીના pH અને FE વચ્ચે મજબૂત સંબંધ છે: સપાટીનું pH જેટલું ઊંચું છે, તેટલું ઊંચું વર્તમાન ઘનતા અને C2+ ઉત્પાદનો ઉપજ આપે છે, જેમ કે આકૃતિ 8H માં દર્શાવવામાં આવ્યું છે.સૈદ્ધાંતિક ગણતરીએ સૂચવ્યું હતું કે નજીકની સપાટી OH− આયનો C─C કપ્લિંગ (31)ને મજબૂત રીતે સુવિધા આપી શકે છે.

ઇલેક્ટ્રોલાઇઝર રૂપરેખાંકન ઉપરાંત, વિવિધ ઇલેક્ટ્રોલાઇઝર્સમાં લાગુ ઇલેક્ટ્રોલાઇટ પણ અંતિમ ECR ઉત્પાદનોમાં નોંધપાત્ર ફેરફાર કરી શકે છે.જેમ આપણે ઉપર ઉલ્લેખ કર્યો છે તેમ, અત્યંત આલ્કલાઇન KOH સોલ્યુશન્સ હંમેશા H-પ્રકારના કોષોને બદલે ઉત્તમ કાર્યક્ષમતાવાળા પ્રવાહ કોષોમાં ઉપયોગમાં લેવાય છે.તે હકીકતને આભારી છે કે KOH ઇલેક્ટ્રોલાઇટ ઉચ્ચ ઇલેક્ટ્રોલાઇટ વાહકતા પ્રદાન કરી શકે છે, ઉત્પ્રેરક અને બલ્ક ઇલેક્ટ્રોલાઇટ પર પાતળા ઇલેક્ટ્રોલાઇટ કોટિંગ વચ્ચે ઓહમિક પ્રતિકાર ઘટાડી શકે છે, અને C2+ રચના માટે જરૂરી અતિશય સંભાવનાઓને વધુ ઘટાડી શકે છે (31).DFT પરિણામો વધુ પુષ્ટિ કરે છે કે OH− આયનોની હાજરી CO dimerization માટે ઉર્જા અવરોધને ઘટાડી શકે છે, આમ C2+ રચનાને વેગ આપે છે અને C1 અને H2 રચના (30, 33) થી સ્પર્ધાને દબાવી શકે છે.જો કે, H-પ્રકારના કોષોમાં આલ્કલાઇન KOH નો ઇલેક્ટ્રોલાઇટ તરીકે ઉપયોગ કરી શકાતો નથી.આ એટલા માટે છે કારણ કે CO2 સ્ટ્રીમ્સ KOH સોલ્યુશન્સ સાથે ઝડપથી પ્રતિક્રિયા કરશે અને છેલ્લે H-ટાઈપ કોશિકાઓમાં તટસ્થ pH સાથે બાયકાર્બોનેટ સોલ્યુશન બનાવશે (30).ફ્લો કોશિકાઓમાં, જોકે, એકવાર CO2 GDE દ્વારા ફેલાય છે, CO2 પરમાણુઓ ટ્રિપલ બાઉન્ડ્રી ફેઝ (CO2-ઉત્પ્રેરક-ઇલેક્ટ્રોલાઇટ) પર તરત જ ઘટેલા ઉત્પાદનો બનાવવા માટે વપરાશમાં આવશે.આ ઉપરાંત, ઇલેક્ટ્રોલાઇટની નબળી બફરિંગ ક્ષમતા સ્થિર ઇલેક્ટ્રોલાઇઝર રૂપરેખાંકનોમાં ઇલેક્ટ્રોડની આસપાસ pH ને ઝડપથી વધારવામાં સક્ષમ છે, જ્યારે વહેતી ઇલેક્ટ્રોલાઇટ સપાટીને તાજું કરશે અને ઇલેક્ટ્રોલાઇટમાં pH વધઘટને ઘટાડે છે (33, 116).

ઉપરોક્ત મુજબ ECR એ પ્રસરણ-નિયંત્રિત પ્રતિક્રિયા છે, ઉચ્ચ પ્રતિક્રિયા દબાણ પણ બલ્ક અને ઇન્ટરફેસ CO2 સાંદ્રતાને નોંધપાત્ર રીતે વધારી શકે છે.સામાન્ય ઉચ્ચ દબાણના રિએક્ટર સ્ટેનલેસ સ્ટીલ ઓટોક્લેવ જેવા જ હોય ​​છે, જેમાં ઉચ્ચ દબાણવાળા CO2 (60 એટીએમ સુધી) કોષમાં દાખલ કરી શકાય છે, જે FE અને C2+ (117) ની વર્તમાન ઘનતા બંનેમાં નોંધપાત્ર વધારો તરફ દોરી જાય છે. , 118).સાકાતા અને સહકાર્યકરો (119) એ દર્શાવ્યું હતું કે વર્તમાન ઘનતાને 163 mA cm−2 ની નીચે 30 atm પર ઇથિલિન મુખ્ય ઉત્પાદન તરીકે સુધારી શકાય છે.ઘણા ધાતુ ઉત્પ્રેરક (દા.ત., Fe, Co, અને Ni), આસપાસના દબાણ પર C2+ ઉત્પાદન માટે કોઈ પ્રવૃત્તિ વિના, એલિવેટેડ દબાણમાં CO2 ને ઇથિલિન, ઇથેન, પ્રોપેન અને અન્ય ઉચ્ચ-ક્રમના C2+ ઉત્પાદનોમાં ઘટાડી શકે છે.એવું દર્શાવવામાં આવ્યું છે કે ઉત્પાદનોની પસંદગી સ્પષ્ટપણે ઇલેક્ટ્રોડ સપાટી પર CO2 ઉપલબ્ધતાને બદલવાની રીતે CO2 દબાણ પર આધારિત છે (117, 120).મુખ્ય ઘટેલા ઉત્પાદનોને H2 થી હાઇડ્રોકાર્બન (C2+ સમાવિષ્ટ) અને છેલ્લે CO2 દબાણમાં વધારો સાથે CO/HCOOH માં બદલવામાં આવે છે.નોંધપાત્ર રીતે, CO2 દબાણનું કાળજીપૂર્વક નિરીક્ષણ કરવું જોઈએ કારણ કે અતિશય ઉચ્ચ અથવા નીચું CO2 દબાણ અનાવશ્યક અથવા મર્યાદિત CO2 પ્રસરણ દરને પ્રેરિત કરશે, જે CO/HCOOH અથવા H2 ના ઉત્પાદનની તરફેણ કરે છે.ઇલેક્ટ્રોડ સપાટી પર પેદા થતી મધ્યવર્તી CO અને વર્તમાન ઘનતાની માત્ર સુસંગત માત્રા જ C─C કપ્લિંગ પ્રતિક્રિયાને સરળ બનાવી શકે છે અને C2+ ઉત્પાદન પસંદગીને વધારી શકે છે (119).

પસંદગીયુક્ત C2+ ઉત્પાદનને વધારવા માટે અદ્યતન સ્ટ્રક્ચર્સ સાથે નવલકથા ઇલેક્ટ્રોડની રચના એ બીજી મહત્વપૂર્ણ દિશા છે.પ્રારંભિક તબક્કામાં, કાર્યકારી ઇલેક્ટ્રોડ્સ બિન-છિદ્રાળુ ધાતુના વરખ હોય છે અને આળસુ માસ ટ્રાન્સફરથી પીડાય છે (26, 105).પરિણામે, GDE ને હાઇડ્રોફોબિક ચેનલો પ્રદાન કરીને કોષની નબળી કામગીરીને દૂર કરવાની દરખાસ્ત કરવામાં આવી હતી જે ઉત્પ્રેરક કણો (121) માં CO2 ફેલાવવાની સુવિધા આપે છે.પરંપરાગત GDE માં સામાન્ય રીતે ઉત્પ્રેરક સ્તર (CL) અને ગેસ પ્રસરણ સ્તર (GDL) નો સમાવેશ થાય છે, જેમ કે ફિગ. 8A (30, 33) ના નીચેના ભાગમાં દર્શાવવામાં આવ્યું છે.GDE માં રચાયેલ ગેસ-પ્રવાહી-ઉત્પ્રેરક ઇન્ટરફેસ સેલની કામગીરીને સુધારવા માટે નિર્ણાયક છે.છિદ્રાળુ સામગ્રી (સામાન્ય રીતે કાર્બન પેપર) સાથે એસેમ્બલ થયેલ GDL વિપુલ પ્રમાણમાં CO2 માર્ગો પ્રદાન કરી શકે છે અને ઝડપી ઇલેક્ટ્રોલાઇટ પ્રસરણ દરને સુનિશ્ચિત કરી શકે છે.તે પ્રોટોન, ઈલેક્ટ્રોન અને સીએલમાંથી ઈલેક્ટ્રોલાઈટ (121) માં ઘટાડાના ઉત્પાદનો માટે ઓછા-પ્રતિરોધક પરિવહન માધ્યમ તરીકે પણ કાર્ય કરે છે.GDE (122) ની તૈયારી માટે ડ્રોપ કાસ્ટિંગ, એરબ્રશિંગ અને ઇલેક્ટ્રોડિપોઝિશન એ સામાન્ય તકનીકો છે.C2+ ઉત્પાદનોમાં CO2 ઇલેક્ટ્રોડક્શનમાં GDEs સાથે એસેમ્બલ કરાયેલ ઉત્પ્રેરકની સઘન તપાસ કરવામાં આવી છે.નોંધનીય રીતે, સાનુકૂળ પ્રદર્શન સાથે ઉપરોક્ત પ્રવાહ કોષો GDEs સાથે જોડાયેલા છે.1990 ની શરૂઆતમાં, સેમેલ્સ અને સહકાર્યકરો (123) એ અહેવાલ આપ્યો કે Cu-coated GDE એ 667 mA cm−2 ની ઊંચી ઘનતા સાથે ઇથિલિન માટે 53% ની ઊંચી FE હાંસલ કરી છે.ઇથિલિન અને ઇથેનોલની પસંદગીને વધારવી એ એક મોટો પડકાર છે જે હંમેશા ક્યુ-આધારિત ઉત્પ્રેરકો પર તેમના ખૂબ જ સમાન મિકેનિસ્ટિક પ્રતિક્રિયા માર્ગોને કારણે ઉત્પાદિત થાય છે.વધુમાં, એ દર્શાવવું અગત્યનું છે કે ઇથેનોલની સરખામણીમાં ઇથિલિનની ઉચ્ચ ઉત્પાદકતા અને પસંદગીક્ષમતા Cu- આધારિત GDE (25, 36) પર જોવા મળી છે.ગેવિર્થ અને સહકાર્યકરો (36) એ ઇથિલિન માટે 60% નો ઉત્તમ FE અને ઇલેક્ટ્રોડપોઝિટેડ Cu-Ag GDE પર 25% ઇથેનોલ માટે દબાયેલ FE દર્શાવ્યો, જ્યારે કુલ વર્તમાન ઘનતા ~300 mA cm−2 પર −0.7 V પર પહોંચી આરએચઇ.તે એક દુર્લભ કાર્ય છે જેણે મોટી વર્તમાન ઘનતા પર આટલી ઉચ્ચ પસંદગી પ્રાપ્ત કરી છે.આ શોધ સૂચવે છે કે GDE- સમાવિષ્ટ ઇલેક્ટ્રોડ પ્રતિક્રિયાના માર્ગોને ટ્યુન કરવા માટે એક આશાસ્પદ માર્ગ પૂરો પાડે છે, જેમાં ઓછા ઉત્પાદનોની પસંદગી ઉચ્ચ વર્તમાન ઘનતા પર મેળવી શકાય છે.

GDEs ની સ્થિરતા એ પણ એક મહત્વપૂર્ણ મુદ્દો છે જેને સંબોધવામાં આવવો જોઈએ કારણ કે પ્રવાહ કોષો માટે વ્યવહારુ ઉપયોગને સમજવા માટે સ્થિર લાંબા ગાળાની કામગીરી આવશ્યક છે.GDEs સાથે પ્રાપ્ત ઉત્કૃષ્ટ CO2-to-C2+ પ્રદર્શન છતાં, ઉત્પ્રેરક, GDL અને બાઈન્ડર સ્તરો (77, 124) ના નબળા યાંત્રિક સંલગ્નતાને કારણે સ્થિરતા હજુ પણ નબળી છે.એલિવેટેડ ઓવરપોટેન્શિયલ પર થતી ઓક્સિડેશન પ્રતિક્રિયાને કારણે ઇલેક્ટ્રોકેમિકલ પ્રતિક્રિયા દરમિયાન GDL ની કાર્બન સપાટી હાઇડ્રોફોબિકમાંથી હાઇડ્રોફિલિકમાં બદલાઈ શકે છે, જે GDL માં પૂર તરફ દોરી જાય છે અને CO2 પ્રસારના માર્ગોને અવરોધે છે (33).આ સમસ્યાને ઉકેલવા માટે, સંશોધકોએ પોલીટેટ્રાફ્લોરોઇથિલિન (PTFE) ના હાઇડ્રોફોબિક સ્કેફોલ્ડને GDEs માં સંકલિત કર્યા.હાઇડ્રોફિલિક નાફિઓનની તુલનામાં, હાઇડ્રોફોબિક પીટીએફઇ સ્તર શ્રેષ્ઠ લાંબા ગાળાની સ્થિરતા (33) રેન્ડર કરે છે.સાર્જન્ટ અને સહકાર્યકરો (33) એ વિભાજિત PTFE અને કાર્બન NPs વચ્ચે Cu ઉત્પ્રેરક એસેમ્બલ કર્યું, જેમાં હાઇડ્રોફોબિક PTFE સ્તર NPs અને ગ્રેફાઇટ સ્તરોને સ્થિર કરી શકે છે, આમ સ્થિર ઇલેક્ટ્રોડ ઇન્ટરફેસ (ફિગ. 8, I અને J) નું નિર્માણ કરે છે.પરિણામે, 75 થી 100 mA cm−2 ની વર્તમાન ઘનતા પર 7 M KOH સોલ્યુશનમાં ઇથિલિન ઉત્પાદન માટે FE વધારીને 70% કરવામાં આવ્યું હતું.આ ફ્લો રિએક્ટરનું આયુષ્ય 150 કલાકથી વધુ સુધી લંબાવવામાં આવ્યું હતું જેમાં ઇથિલિન પસંદગીમાં નજીવી ખોટ હતી, જે પરંપરાગત GDE કરતાં 300 ગણો લાંબો છે, જેમ કે ફિગ. 8K માં બતાવ્યા પ્રમાણે.આવી સેન્ડવીચ માળખું ઉત્તમ GDE ડિઝાઇન હોવાનું દર્શાવવામાં આવ્યું છે.ઉદાહરણ તરીકે, કુઇ અને સહકાર્યકરો (124) એ બે હાઇડ્રોફોબિક નેનોપોરસ પોલિઇથિલિન ફિલ્મો દ્વારા ક્લિપ કરેલા સક્રિય ઇલેક્ટ્રોડ સ્તર સાથે ત્રિસ્તરીય માળખું ડિઝાઇન કર્યું.બાહ્ય હાઇડ્રોફોબિક સ્તરો બલ્ક સોલ્યુશનમાંથી ઇલેક્ટ્રોલાઇટ પ્રવાહને ધીમું કરી શકે છે, જે કાર્યકારી ઇલેક્ટ્રોડની આસપાસ સ્થિર, ઉચ્ચ સ્થાનિક pH તરફ દોરી જાય છે.ઇન્ટરલેયર સ્પેસનું ઑપ્ટિમાઇઝેશન, જે CO2 પરિવહન અને શોષણને સુધારી શકે છે, તે પણ આવી ડિઝાઇનમાં મહત્વપૂર્ણ છે (124).તાજેતરમાં, કાર્બન નેનોટ્યુબ્સ પણ તેમની ઉચ્ચ છિદ્રાળુતા, સારી વાહકતા અને હાઇડ્રોફોબિસીટીને કારણે GDE માં સંકલિત કરવામાં આવ્યા છે, જે ઇલેક્ટ્રોન અને સામૂહિક પરિવહનને સુવિધા આપી શકે છે (77).

ECR પર ઉત્તેજક પ્રગતિ હોવા છતાં, ઓછા ખર્ચે, મોટા પાયે C2+ ઉત્પાદન બનાવવા માટેની વ્યૂહરચનાઓ ભાગ્યે જ હાજર છે (125).આ તબક્કે, પડકારો અને તકો ECR ની પ્રતિક્રિયા પદ્ધતિને સમજવા અને આ આશાસ્પદ ટેકનોલોજીનું વેપારીકરણ કરવા માટે એકસાથે છે.

કાર્બન લૂપને બંધ કરવા અને પવન અને સૌર જેવી તૂટક તૂટક નવીનીકરણીય ઉર્જાનો સંગ્રહ કરવાના ભવ્ય ઉકેલ તરીકે, છેલ્લા દાયકાઓમાં કાર્યક્ષમ CO2 રૂપાંતરણ હાંસલ કરવા માટે નોંધપાત્ર પ્રગતિ કરવામાં આવી છે.જ્યારે ECR સાથે સંકળાયેલી પ્રક્રિયાઓની સમજ તેના શરૂઆતના દિવસો (126) થી ખૂબ આગળ વધી ગઈ છે, ત્યારે C2+ ઉત્પાદનો તરફ ECR દ્વારા C─C જોડાણ હજુ પણ વ્યવહારુ ઉપયોગ માટે તૈયાર નથી.આ સમીક્ષામાં, અમે વર્તમાન વ્યૂહરચનાઓ પર વિગતવાર નજર નાખી છે જે ECR દ્વારા C2+ ઉત્પાદનો માટે પસંદગી અને ઉત્પાદન દરને પ્રોત્સાહન આપી શકે છે, જેમાં ફાઇન-કેટાલિસ્ટ ટ્યુનિંગ, ઇલેક્ટ્રોલાઇટ ઇફેક્ટ્સ, ઇલેક્ટ્રોકેમિકલ પરિસ્થિતિઓ અને ઇલેક્ટ્રોકેમિકલ ઇલેક્ટ્રોડ/રિએક્ટર ડિઝાઇનનો સમાવેશ થાય છે.

ECR માં મુકવામાં આવેલા તમામ પ્રયત્નો છતાં, વર્તમાન ઉત્પ્રેરક અને ECR સિસ્ટમમાં હજુ પણ ઘણી સમસ્યાઓ છે જેને ECR નું વ્યાપારીકરણ કરતા પહેલા ધ્યાન આપવું આવશ્યક છે.પ્રથમ, કાર્યક્ષમ C─C કપ્લિંગને સાકાર કરવા માટે પ્રબળ ઉત્પ્રેરક તરીકે, Cu ગંભીર સ્થિરતા સમસ્યાઓથી પીડાય છે, ખાસ કરીને જલીય ઇલેક્ટ્રોલાઇટમાં, અને તેમની ઊંચી પરમાણુ ગતિશીલતા, કણો એકત્રીકરણ અને ECR પરિસ્થિતિઓમાં બંધારણમાં બગાડને કારણે ભાગ્યે જ 100 કલાક જીવી શકે છે.આમ, ક્યુ-આધારિત ઉત્પ્રેરકનો ઉપયોગ કરીને લાંબા ગાળાની સ્થિરતા કેવી રીતે હાંસલ કરવી તે હજુ પણ ખુલ્લો પડકાર છે.મજબૂત ક્રિયાપ્રતિક્રિયા સાથે ચોક્કસ સમર્થન પર ક્યુ-આધારિત ઉત્પ્રેરકનું એન્કરિંગ એ ઉત્પ્રેરક માળખું/મોર્ફોલોજીને જાળવવા માટે વિશ્વસનીય વ્યૂહરચના હોઈ શકે છે અને આમ ઉન્નત આયુષ્ય પૂરું પાડે છે.વધુમાં, ECR દરમિયાન જલીય દ્રાવણને બદલવા માટે પોલિમર મેમ્બ્રેન ઇલેક્ટ્રોલાઇટનો ઉપયોગ કરીને કદાચ ક્યુ-આધારિત ઉત્પ્રેરકની સ્થિરતામાં વધુ સુધારો કરી શકે છે.વધુમાં, ઉત્પ્રેરકના પરિપ્રેક્ષ્યમાં, પરિસ્થિતિમાં/ઓપરેન્ડોમાં પાત્રાલેખન તકનીકો અને સૈદ્ધાંતિક મોડેલિંગનો ઉપયોગ ઉત્પ્રેરક પ્રભાવના ક્ષયને મોનિટર કરવા અને સમજવા માટે પણ થવો જોઈએ, આમ, બદલામાં, ઉત્પ્રેરકના અધોગતિ અને ઝેરને સૌથી નીચા સ્તરે દબાવી શકાય છે.ECR ઉત્પ્રેરકનો બીજો મહત્વનો મુદ્દો કે જેના પર ધ્યાન આપવું જોઈએ તે છે સંશ્લેષણ પ્રોટોકોલને મોટા પાયે ઉત્પાદન માટે સક્ષમ બનાવવું.આ માટે, વ્યાપકપણે ઉપલબ્ધ ફીડસ્ટોક્સનો ઉપયોગ કરીને કૃત્રિમ પ્રક્રિયાઓને સુવ્યવસ્થિત કરવાનું પસંદ કરવામાં આવે છે.

બીજું, ECR માંથી ઉત્પન્ન થયેલ C2+ ઓક્સિજન સામાન્ય રીતે પરંપરાગત એચ- અથવા ફ્લો-સેલ રિએક્ટર માટે ઇલેક્ટ્રોલાઇટમાં દ્રાવ્ય (દા.ત., KHCO3 અને KOH) સાથે મિશ્ર કરવામાં આવે છે, જેને, જોકે, શુદ્ધ પ્રવાહી ઇંધણ ઉકેલો પુનઃપ્રાપ્ત કરવા માટે વધારાની અલગતા અને સાંદ્રતા પ્રક્રિયાઓની જરૂર પડે છે. વ્યવહારુ કાર્યક્રમો.તે જ સમયે, વિકસિત C2+ હાઇડ્રોકાર્બન પણ H2 અને અવશેષ CO2 સાથે મિશ્રિત થાય છે.આમ, વર્તમાન ECR ટેક્નોલોજી માટે ખર્ચાળ વિભાજન પ્રક્રિયા અનિવાર્ય છે, જે ECR ને વ્યવહારિક ઉપયોગથી વધુ અવરોધે છે.તેથી, શુદ્ધ પ્રવાહી બળતણ સોલ્યુશન્સ અને શુદ્ધ ગેસ હાઇડ્રોકાર્બનનું સીધું અને સતત ઉત્પાદન કેવી રીતે કરવું, ખાસ કરીને ઉચ્ચ ઉત્પાદન સાંદ્રતા સાથે, ECR ની વ્યવહારિક જમાવટ માટે અત્યંત ઇચ્છનીય છે.આ રીતે અમે નજીકના ભવિષ્યમાં ECR મારફત શુદ્ધ ઉત્પાદનોની સીધી જનરેશનના વધતા મહત્વની આગાહી કરીએ છીએ, જે ECR ટેકનોલોજીને બજારની ઘણી નજીક લઈ જશે (127).

ત્રીજું, જ્યારે ECR ટેક્નોલોજીમાં C─O અને C─H બોન્ડ્સ, જેમ કે ઈથેનોલ, એસિટિક એસિડ અને ઈથિલિનની રચનાનો ભારે અભ્યાસ કરવામાં આવ્યો છે, ત્યારે ECR ટેક્નોલોજી માટે અન્ય પ્રકારના ઉત્પાદનોની શોધ પણ મહત્વપૂર્ણ છે અને આર્થિક રસ દર્શાવે છે.ઉદાહરણ તરીકે, તાજેતરમાં, હાન અને સહકાર્યકરો (128) એ ECR દ્વારા 2-bromoethnol ના ઉત્પાદનની જાણ કરી.C─Br બોન્ડની પરિસ્થિતિનું નિર્માણ ઉત્પાદનને ઇથેનોલમાંથી 2-બ્રોમોએથનોલમાં પરિવર્તિત કરે છે, જે રાસાયણિક અને ફાર્માસ્યુટિકલ સંશ્લેષણમાં મહત્વપૂર્ણ બિલ્ડીંગ બ્લોક છે અને ઉચ્ચ વધારાનું મૂલ્ય દર્શાવે છે.આમ, વર્તમાન સારી રીતે અભ્યાસ કરેલ C2+ ઉત્પાદનો ઉપરાંત, અમે માનીએ છીએ કે અન્ય ભાગ્યે જ શોધાયેલ ઉત્પાદનો જેમ કે ઓક્સાલિક એસિડ (129) અને વધુ જટિલ C2+ પરમાણુઓ જેમ કે ચક્રીય સંયોજનોનું સંશ્લેષણ એ ભવિષ્યના ECR સંશોધન માટે અન્ય આશાસ્પદ માર્ગ છે.

છેલ્લું પરંતુ ઓછામાં ઓછું નહીં, નવલકથા ઇલેક્ટ્રોડ અને રિએક્ટર ડિઝાઇન જેમ કે વોટરપ્રૂફ GDE, લિક્વિડ-ફ્લો કોષો અને PEM સેલને ECR ઉત્પાદન દરને વ્યાપારી સ્તરે (>200 mA cm−2) વધારવા માટે વ્યાપકપણે અપનાવવા જોઈએ.જો કે, ઇલેક્ટ્રોકેટાલિટીક પ્રવૃત્તિમાં મોટી વિસંગતતા હંમેશા જોવા મળે છે જ્યારે સંપૂર્ણ કોષ પરીક્ષણમાં ઇલેક્ટ્રોકેટાલિસ્ટ્સ લાગુ કરવામાં આવે છે.તેથી, ઇસીઆરને લેબ-સ્કેલ ટેસ્ટમાંથી વ્યવહારિક ઉપયોગ સુધી લાવવા માટે અર્ધ-સેલ અભ્યાસ અને પૂર્ણ-સેલ ઉપકરણ એપ્લિકેશન વચ્ચેના અંતરને ઘટાડવા માટે વધુ પદ્ધતિસરના અભ્યાસો કરવા જોઈએ.

સારાંશમાં, ઇલેક્ટ્રોકેમિકલ CO2 ઘટાડો માનવ પ્રવૃત્તિઓ દ્વારા ઉત્સર્જિત ગ્રીનહાઉસ વાયુઓમાંથી પર્યાવરણીય સમસ્યાનો સામનો કરવાની અમને સારી તક આપે છે.તે નવીનીકરણીય ઉર્જાનો ઉપયોગ કરીને સ્વચ્છ ઇંધણ અને રસાયણો પ્રાપ્ત કરવાની શક્યતા પણ દર્શાવે છે.જ્યારે વર્તમાન તબક્કે ECR ટેક્નોલોજી માટે ઘણા પડકારો બાકી છે, ખાસ કરીને C─C કપલિંગ પ્રક્રિયા માટે, એવું માનવામાં આવે છે કે ઉત્પ્રેરક ઑપ્ટિમાઇઝેશન અને સેલ પરફેક્શન બંને પર સતત સંશોધન અને વિકાસ સાથે, સ્વચ્છ ઇંધણ માટે વાસ્તવિક-વિશ્વ CO2 વિદ્યુત વિચ્છેદનનો પરિપ્રેક્ષ્ય. અને રસાયણો નજીકના ભવિષ્યમાં સાકાર થશે.

આ ક્રિએટિવ કૉમન્સ એટ્રિબ્યુશન-નોન-કમર્શિયલ લાઇસન્સની શરતો હેઠળ વિતરિત કરાયેલ એક ઓપન-ઍક્સેસ લેખ છે, જે કોઈપણ માધ્યમમાં ઉપયોગ, વિતરણ અને પુનઃઉત્પાદનની પરવાનગી આપે છે, જ્યાં સુધી પરિણામી ઉપયોગ વ્યવસાયિક લાભ માટે ન હોય અને જો મૂળ કાર્ય યોગ્ય રીતે હોય. ટાંકેલ

નોંધ: અમે ફક્ત તમારા ઇમેઇલ સરનામાંની વિનંતી કરીએ છીએ જેથી કરીને તમે જે વ્યક્તિને પૃષ્ઠની ભલામણ કરી રહ્યાં છો તે જાણી શકે કે તમે તેમને તે જોવા માગો છો અને તે જંક મેઇલ નથી.અમે કોઈપણ ઈમેલ એડ્રેસ કેપ્ચર કરતા નથી.

© 2020 અમેરિકન એસોસિએશન ફોર ધ એડવાન્સમેન્ટ ઓફ સાયન્સ.બધા હકો અમારી પાસે રાખેલા છે.AAAS એ HINARI, AGORA, OARE, CHORUS, CLOCKSS, CrossRef અને COUNTER.Science Advances ISSN 2375-2548 ના ભાગીદાર છે.