Nan limyè de enkyetid anviwònman ak tranzisyon enèji, elektwochimik CO2 rediksyon (ECR) nan konbistib multikabòn (C2 +) ak pwodui chimik ki gen valè, lè l sèvi avèk elektrisite renouvlab, prezante yon elegant solisyon alontèm pou fèmen sik kabòn lan ak benefis ekonomik te ajoute tou.Sepandan, elektwokatalitik C─C kouple nan elektwolit akeuz se toujou yon defi louvri akòz selektivite ki ba, aktivite, ak estabilite.Konsepsyon katalis ak réacteurs kenbe kle pou adrese defi sa yo.Nou rezime pwogrè ki sot pase yo nan fason pou reyalize efikas kouple C─C atravè ECR, ak anfaz sou estrateji nan electrocatalysts ak konsepsyon elektwòd / reyaktè electrocatalytic, ak mekanis korespondan yo.Anplis de sa, yo diskite sou blokaj aktyèl yo ak opòtinite nan lavni pou jenerasyon pwodwi C2 +.Nou vize pou bay kominote a yon revizyon detaye sou dènye estrateji kouple C─C yo pou plis devlopman ak enspirasyon nan konpreyansyon fondamantal ak aplikasyon teknolojik.

Degaje twòp gaz kabonik (CO2) nan atmosfè te deklanche konsekans anviwonmantal grav epi li prezante tou yon menas ijan e ki kapab irevokabl pou sosyete imen yo (1, 2).Kòm konsantrasyon CO2 atmosferik la ogmante sevè soti nan 270 ppm (pati pou chak milyon) nan kòmansman ane 1800 yo rive 401.3 ppm an Jiyè 2015, yo te rive jwenn yon konsansis atravè lemond sou resiklaj anprint kabòn ki emèt pa aktivite imen yo (3, 4).Pou reyalize bouk fèmen pou anprint kabòn, yon apwòch potansyèl se chanje depandans aktyèl enèji ak endistri chimik yo lwen konbistib fosil nan sous renouvlab tankou solè ak van (5–8).Sepandan, fraksyon enèji ki soti nan sous renouvlab sa yo sèlman limite a 30% akòz nati tanzantan yo, sof si apwòch pou depo enèji gwo echèl vin disponib (9).Pakonsekan, kòm yon altènatif, kaptire CO2 ki soti nan sous pwen tankou plant elektrik, ki te swiv pa konvèsyon nan materyo chimik ak konbistib, se pi pratikman solid (9-12).Electrocatalytic CO2 rediksyon (ECR) lè l sèvi avèk elektrisite renouvlab reprezante yon solisyon elegant alontèm akòz kondisyon yo operasyon modere ki nesesè pou konvèsyon yo, nan ki pwodwi valè-te ajoute ka oaza pwodwi (13).Jan schématikman ilistre nan Fig. 1, nan pwosesis sa a, elektwolizè elektwochimik konvèti CO2 ak dlo nan pwodui chimik ak gaz ki mache ak elektrisite renouvlab.Gaz ki kapab lakòz a kapab nan depo alontèm epi li ka distribye oswa konsome tou, bay CO2 kòm fatra prensipal la, ki pral kaptire ak manje tounen nan raktor la fèmen bouk la.Anplis, materyèl chimik ti molekil ki kapab lakòz [pa egzanp, monoksid kabòn (CO) ak fòma] ki soti nan ECR ka itilize kòm matyè premyè pou sentèz chimik ki pi konplike.

Konbistib ak pwodui chimik yo ka reyalize nan ECR ak sik kabòn fèmen ki mache ak sous enèji renouvlab tankou solè, van, ak idwo.Jeni selilè ak jeni katalis jwe wòl kle pou ankouraje selektivite, aktivite, ak efikasite pou konvèsyon CO2 nan pwodwi C2+ ki gen valè ajoute ak dansite enèji segondè.

Sepandan, CO2 se yon molekil lineyè byen estab ak yon kosyon C═O fò (750 kJ mol−1) (14), ki fè li difisil pou konvèsyon elektwochimik.Kidonk, li mande pou yon baryè deklanchman segondè, ki, nan vire, mennen nan siyifikatif overpotentials (15).Anplis de sa, ECR nan yon elektwolit akeuz enplike pwosesis transfè milti-elektron / pwoton ansanm ak yon kantite diferan entèmedyè reyaksyon posib ak pwodwi (16-18), ki fè li trè konplèks.Tablo 1 rezime mwatye reyaksyon tèrmodinamik elektwochimik nan pwodwi ECR prensipal yo, ki gen ladan CO, metàn (CH4), metanol (CH3OH), asid fòmik (HCOOH), etilèn (C2H4), etanòl (CH3CH2OH), ak sou sa, ansanm ak yo. korespondan potansyèl redox estanda (19).An jeneral, pandan yon pwosesis ECR, molekil CO2 premye sibi adsorption ak entèraksyon ak atòm sou sifas katalis la pou fòme *CO2−, ki te swiv pa plizyè transfè pa etap nan pwoton ak / oswa elektwon nan direksyon diferan pwodwi final.Pa egzanp, yo kwè CH4 fòme atravè chemen sa yo: CO2 → *COOH → *CO → *CHO → *CH2O → *CH3O → CH4 + *O → CH4 + *OH → CH4 + H2O (20).

Figi 2A rezime efikasite Faradaic (FE) anba diferan pousantaj pwodiksyon (dansite aktyèl) pou electrocatalysts ECR rapòte, ki reprezante selektivite pwodwi reyaksyon an (21-43).Miyò, pandan ke elektwokatalizè dènye modèl yo ka transfòme CO2 nan pwodwi C1 (CO oswa fòma) ak plis pase 95% FE anba to pwodiksyon segondè (> 20 mA cm-2 pou selil H-tip ak> 100 mA cm-). 2 pou selil koule) (9, 21, 22, 25, 28, 44, 45), trè selektif (> 90%) ak pwodiksyon efikas nan pwodwi chimik ki disponib plis multikabòn (C2 +) pa te reyalize byen lwen tèlman.Sa a se akòz lefèt ke kouple ak pwodwi C2 + mande pou arive ak adsorption nan plizyè molekil CO2 nan sifas la, transfòmasyon pa etap, ak pwezante espasyal (13).Pou yo ka espesifik, jan yo montre nan Fig. 2B, reyaksyon ki vin apre nan *CO entèmedyè detèmine pwodwi final C2+ nan ECR.An jeneral, C2H6 ak CH3COO− pataje menm *CH2 entèmedyè a, ki pwodui nan etap transfè elèktron proton ak makonnen *CO.Pli lwen pwotonasyon *CH2 bay *CH3 entèmedyè, ki mennen nan fòmasyon C2H6 atravè *CH3 dimerization.Kontrèman ak jenerasyon C2H6, CH3COO− fòme pa ensèsyon CO nan *CH2.* Dimerizasyon CO a se etap ki detèmine pousantaj pou fòmasyon C2H4, CH3CH2OH, ak n-propanol (n-C3H7OH).Apre yon seri etap transfè elèktron ak pwotonasyon, *CO─CO dimer la fòme entèmedyè *CH2CHO, ki sèvi kòm etap ki detèmine selektivite pou C2H4 ak C2H5OH.Anplis de sa, li te jwenn ke diminye * CH2CHO nan C2H4 gen pi ba baryè enèji pase transfòme * CH3CHO nan C2H5OH (46), ki ka eksplike FE ki pi wo pou C2H4 sou C2H5OH sou pifò katalis kwiv.Anplis de sa, estabilize C2 entèmedyè ka transfere nan n-C3H7OH atravè ensèsyon CO.Chemen reyaksyon konplèks ak enkontwolab pandan fòmasyon chimik C2 + yo sitou akòz anpil plis pèmitasyon nan sit pwotonasyon yo, ansanm ak patisipasyon posib nan etap nonelectrochemical (19, 47).Kòm sa yo, desen an nan electrocatalysts trè selektif se yon avantou pou fòmasyon espesifik C2 + pwodwi nan gwo sede.Nan revizyon sa a, nou vize mete aksan sou pwogrè ki sot pase sou estrateji nan konsepsyon electrocatalyst pou jenerasyon pwodwi selektif C2 + atravè ECR.Nou bay tou yon rezime konpreyansyon yo genyen sou mekanis ki gen rapò.Yo pral mete aksan sou konsepsyon elektwòd ak reyaktè tou pou montre kijan pou reyalize operasyon efikas, ki estab, ak gwo echèl nan ECR.Anplis de sa, nou pral diskite sou defi ki rete yo ak opòtinite nan lavni pou konvèsyon elektwochimik nan CO2 nan pwodwi chimik ki gen valè ajoute C2 +.

(A) FE a anba pousantaj pwodiksyon diferan (dansite aktyèl) pou electrocatalysts ECR rapòte (21-43, 130).(B) Pifò chemen C2+ posib pandan ECR.Repwodwi avèk pèmisyon nan men American Chemical Society (47).

Transfòmasyon elektwokatalitik CO2 nan konbistib chimik ak matyè materyèl se yon teknoloji potansyèl pou reyalize yon sik enèji kabòn net (11).Sepandan, FE a nan C2 + pwodwi yo toujou lwen aplikasyon pratik, kote eta-of-atizay la katalis pèmèt pwodiksyon de pwodwi C2 ak alantou 60% FE (13, 33), pandan y ap pwodiksyon an C3 limite a mwens pase 10% FE (48, 49).Kouple rediksyon nan CO2 ak pwodwi C2 + mande pou katalis eterojèn ak pwopriyete mòfolojik ak elektwonik trè kowòdone (50, 51).Sifas katalitik la bezwen kraze relasyon dekale ant entèmedyè yo (47, 52, 53).Anplis, pou reyalize fòmasyon kosyon C─C, entèmedyè reyaksyon absòbe yo nan sifas katalis la dwe toupre youn ak lòt.Anplis de sa, chemen ki soti nan entèmedyè adsorbed okòmansman an nan direksyon yon pwodwi espesifik C2 + bezwen byen kontwole akòz etap transfè elèktron ki ede pwoton miltip yo.Lè nou konsidere gwo konpleksite rediksyon CO2 anvè pwodwi C2 +, electrocatalysts yo ta dwe ak anpil atansyon pwepare pou ogmante selektivite a.Dapre espès entèmedyè yo ak konpozisyon chimik, nou kategorize pwodwi C2 + nan idrokarbur miltikabon ak oksijene (4, 54).Pou apwoche elektwokatalizè ki trè efikas pou pwodiksyon molekil C2 + espesifik, yo te demontre plizyè estrateji konsepsyon katalis, tankou dopaj eteroatom, règleman fasèt kristal, alyaj / dealliaj, akor eta oksidasyon, ak kontwòl ligand sifas yo (35, 41, 55-61). .Konsepsyon optimal ta dwe konsidere rasyonèlman efè mansyone pi wo a ak maksimize benefis yo.Sinon, konpreyansyon ki motif aktif-sit mennen nan yon konpòtman katalitik inik sa a ka plis klere yon limyè sou konsepsyon katalis egzak pou kouple C─C.Pakonsekan, ki jan yo desine ECR katalis nan direksyon pwodwi espesifik (idrokarbon miltikarbon ak oksijèn) ak mekanis ki gen rapò yo pral diskite nan pati sa a.

C2 + idrokarbur, tankou C2H4, se pwodui chimik lyen pou yon varyete endistri chimik, tankou pwodiksyon polyethylene (62, 63).Anplis, li ta ka dirèkteman itilize kòm gaz la pou soude oswa yon eleman melanje nan gaz natirèl (12).Idwojènasyon CO (sentèz Fischer-Tropsch) ak CO2 te itilize pou pwodwi idrokarbur C2 + pou yon tan long nan echèl endistriyèl men defi pa gwo konsomasyon enèji ak enpak anviwònman an (64).Kontrèman, rediksyon CO2 elektwochimik lè l sèvi avèk enèji renouvlab bay yon wout ki pi pwòp e ki pi dirab.Yo te fè gwo efò pou devlope elektwokatalizè efikas nan direksyon idrokarbur C2 + (32, 33, 65-70).

Electrocatalysts bimetalik yo te lajman envestige pou kraze relasyon dekale pandan konvèsyon CO2 elektwochimik, sa ki ka estabilize kle entèmedyè a ak pi ba twòp potansyèl la epi, konsa, nan vire, ogmante selektivite a (71-74).Pandan ke yon seri de materyèl alyaj ki gen ladan Au-Cu, Ag-Cu, Au-Pd, ak Cu-Pt yo te demontre pou pwodiksyon C1 efikasite segondè pa estabilize entèmedyè a kritik (73, 75), efè a alyaj nan direksyon C2 + fòmasyon idrokarbone sanble. yo dwe pi konplèks (76).Pou egzanp, nan sistèm bimetalik Cu-Ag, distribisyon pwodwi a ka fasilman kontwole pa akor rapò atomik sifas Ag ak Cu (77).Echantiyon Cu-rich sifas la pi pito pou pwodiksyon idrokarbone, pandan y ap pwodwi yo nan yon sèl sifas Ag ki rich yo domine pa CO, mete aksan sou enpòtans ki genyen nan rapò atomik pou alyaj ECR electrocatalyseurs.Efè jeyometrik ki te koze pa aranjman atomik lokal la ka afekte siyifikativman fòs obligatwa entèmedyè yo.Gewirth ak kòlèg travay yo (36) te montre ke alyaj Cu-Ag soti nan elektwodepozisyon aditif-kontwole ekspoze ~ 60% FE pou C2H4 nan yon elektwolizè koule alkalin (Fig. 3, A ak B).Nan ka sa a, optimize selektivite C2H4 ka reyalize pa mòfoloji ak Ag-loading akor.Sit Ag yo te kwè yo jwe wòl yon pwomotè pou fòmasyon CO pandan ECR.Lè sa a, disponiblite optimal nan entèmedyè CO a ta ka ede kouple C─C nan Cu vwazen an.Anplis, Ag kapab tou ankouraje fòmasyon Cu2O pandan sentèz katalis Cu-Ag (figi 3C), sa ki lakòz efikasite pwodiksyon C2H4 amelyore.Sinèrji sa a ouvè nouvo posiblite pou devlope katalis kouple C─C.Anplis de sa, modèl la melanje nan diferan metal nan sistèm alyaj la ta ka detèmine tou distribisyon an nan pwodwi ECR.Sèvi ak alyaj Pd-Cu kòm yon egzanp (Fig. 3D), Kenis ak kòlèg travay yo (71) te demontre ke yon katalis Pd-Cu ki separe faz ka ofri selektivite ki pi wo a (~50%) pou C2H4 konpare ak lòd ak dezòd li yo. tokay.Dapre teyori d-band la, tipikman, metal tranzisyon ak yon sant d-band ki pi ba montre pi fèb obligatwa nan entèmedyè yo pwodwi in situ sou sifas metal yo (78).Pandan ke faz-separe alyaj Pd-Cu ekspoze selektivite katalitik menm jan ak aktivite pou CO ak nanopartikil Cu (NPs), li ofri konplètman diferan fòs obligatwa nan direksyon entèmedyè pa akor Pd.Jan yo montre nan Fig. 3E, alyaj Cu-Pd ki separe faz te montre sant d-band ki pi ba a, tandiske sa a nan Cu NP se pi wo a.Li sijere ke alyaj Cu-Pd ki separe faz la te gen fòs obligatwa ki pi ba pou entèmedyè CO a.Obsèvasyon sa a implique ke efè jeyometrik ak estrikti ka jwe yon wòl pi gwo pase efè elektwonik pou amelyore selektivite idrokarbone nan ka alyaj Cu-Pd ki separe faz la.Pou dat, sèlman kwiv pi bon kalite oswa alyaj ki baze sou kwiv montre selektivite siperyè ak aktivite pou rediksyon elektwochimik nan CO2 a C2 + idrokarbur.Kidonk, li trè nesesè pou devlope yon elektwokatalizè roman pou pwodiksyon idrokarbone C2 + soti nan ECR.Enspire pa idrojenasyon CO2, yon etid preliminè te demontre ke alyaj Ni-Ga ak diferan faz ta ka itilize pou jenerasyon C2H4 (79).Li te montre ke fim Ni5Ga3 te kapab redwi CO2 pou C2H4 ak etan (C2H6).Malgre ke FE a nan direksyon C2 + idrokarbur se mwens pase 5%, li ka louvri nouvo liy pou tès depistaj electrocatalyst nan direksyon C─C kouple ki baze sou efè a alyaj.

(A a C) Cu-Ag bimetalik katalis fabrike pa elektwodepozisyon aditif-kontwole: (A) optik mikroskopi elektwonik (SEM) nan Cu fil, Cu-Ag poly, ak Cu-Ag fil ak (B) korespondan C2H4 FE.(C) EXAFS te montre ke fil Cu-Ag te omojèn melanje ak Cu (I) oksid te prezante.(A) a (C) yo repwodui avèk pèmisyon nan men American Chemical Society (36).(D ak E) katalis Cu-Pd ki gen diferan modèl melanje: (D) ilistrasyon, imaj mikwoskopi elektwonik transmisyon (TEM), ak kat eleman spèktroskopi enèji-dispersive nan alyaj Cu-Pd ki òdone, dezòdone ak faz separe ak (E) ) sifas valans bann fotoemisyon spectre ak sant d-band (liy vètikal la) nan alyaj Cu-Pd relatif nan nivo Fermi.(D) ak (E) yo repwodui avèk pèmisyon nan American Chemical Society (71).au, inite abitrè.

Anplis efè alyaj, manipile eta oksidasyon yo se yon lòt prensip pi gwo pou melodi pèfòmans electrocatalysts, ki ka afekte estrikti lokal elektwonik materyèl la.Premye egzanp pou akor eta oksidasyon katalis la se sèvi ak materyèl ki sòti nan oksid.Espès oksijèn rezidyèl yo sou sifas oswa soutèr katalis la apre rediksyon in situ ka kontwole eta oksidasyon sant metal la.Pou egzanp, plasma-oksidize Cu te montre plis pase 60% selektivite nan direksyon C2H4, ki te atribiye a rediksyon ki reziste Cu + (37).Pou konfime ke Cu + se paramèt kle pou selektivite segondè ethylene, nou fè eksperyans kontwòl lè l sèvi avèk plasma diferan (Fig. 4A).Spektroskopi absòpsyon radyografi di nan situ te montre plis ke oksid rezidyèl nan kouch sifas (sou) yo estab kont kondisyon rediksyon, ak yon kantite siyifikatif espès Cu + ki rete apre 1 èdtan nan rediksyon nan potansyèl relativman wo nan -1.2 V kont revèsib. elektwòd idwojèn (RHE).Anplis de sa, electroredeposition nan kòb kwiv mete soti nan yon oksiklorid kòb Sol-jèl verifye ankò ke estabilize sifas Cu + espès ka amelyore selektivite nan C2H4 (61).Eta a oksidasyon nan yon katalis kòb kwiv mete anba diferan potansyèl aplike yo te swiv lè l sèvi avèk tan-rezoud in situ mou espektroskopi absòpsyon radyografi.Etap tranzisyon inisyal soti nan Cu2+ rive nan Cu+ trè rapid;sepandan, rediksyon elektwochimik plis nan espès Cu+ nan Cu0 se pi dousman.Anviwon 23% nan espès Cu + rete menm apre 1 èdtan rediksyon konstan anba -1.2 V kont RHE (Fig. 4B).Etid mekanik te revele ke koòdone ki genyen ant Cu+ ak Cu0 mennen nan atraksyon elektwostatik ant entèmedyè depi atòm C nan *CO@Cu+ chaje pozitivman, tandiske sa ki nan *CO@Cu0 chaje negatif (80), ki, nan vire, ankouraje a. C─C fòmasyon kosyon e konsa pwodui idrokarbur C2+.Anplis de materyèl ksid ki sòti, nitrure kòb kwiv mete (Cu3N) te itilize tou pou reyalize espès (sub)sifas Cu + pou diminye baryè enèji dimerizasyon *CO (81).Anplis de sa, konpare ak Cu oksid ki sòti, espès Cu3N ki sòti nan Cu + yo menm plis ki estab (figi 4C).Kòm yon rezilta, katalis kwiv nitrure ki sòti nan montre yon FE 39 ± 2% pou C2H4, depase Cu pi (~23%) ak Cu ki sòti nan oksid (~28%).Menm jan ak sistèm katalitik Cu + / Cu ki endike anwo a, yo te itilize bor kòm yon dopan heteroatom pou prezante ak estabilize Cuδ + (41).Ka eta a oksidasyon mwayèn nan kòb kwiv mete kontwole soti nan + 0.25 a + 0.78 pa chanje konsantrasyon nan dopant bor.Pwojeksyon dansite nan eta yo te montre ke elektwon yo transfere soti nan kòb kwiv mete bor, ki mennen nan yon dopan-induit sit kwiv chaje pozitivman.Kwiv dope bor la te montre yon ogmantasyon enèji fòmasyon *CHO entèmedyè e, kidonk, siprime chemen reyaksyon an nan direksyon pwodwi C1 yo.Anplis de sa, li ka ogmante selektivite a nan direksyon idrokarbur miltikabone pa diminye * CO enèji reyaksyon dimerization (Fig. 4D).Lè w optimize eta an mwayèn oksidasyon sifas kwiv, yon gwo C2 FE nan ~ 80% ak ~ 53% C2H4 ta ka reyalize anba yon eta mwayèn oksidasyon kòb kwiv mete nan + 0.35 (Fig. 4E).Pou dat, sit aktif sou kwiv yo te idantifye kòm Cu0, Cuδ +, ak / oswa koòdone yo pou ECR nan etid diferan (39, 41, 42, 81, 82).Sepandan, ki sa ki sit aktif la toujou ap deba.Pandan ke heteroatom doping-induit Cuδ + katalis yo te demontre yo dwe trè aktif pou ECR nan direksyon C2 + pwodwi, efè a sinèrjetik soti nan domaj yo ansanm ak koòdone yo ta dwe konsidere tou.Pakonsekan, yo ta dwe devlope karakterizasyon sistematik nan operando pou idantifye sant aktif sou sifas kòb kwiv mete epi kontwole potansyèl transfòmasyon sit aktif yo nan kondisyon reyaksyon yo.Anplis de sa, estabilite nan kwiv la chaje pozitivman se yon lòt enkyetid anba kondisyon rediksyon elektwochimik.Ki jan yo fè sentèz katalis ak sit ki estab Cuδ + rete yon defi.

(A) Rezime selektivite C2H4 diferan katalis kòb kwiv mete aktive plasma.Repwodwi avèk pèmisyon nan men Nature Publishing Group (37).Ba echèl, 500 nm.(B) Rapò eta oksidasyon Cu yo parapò ak tan reyaksyon an nan -1.2 V kont RHE nan kwiv electroredeposited.Repwodwi avèk pèmisyon nan men Nature Publishing Group (61).(C) Rapò espès Cu+ ak yon fonksyon tan reyaksyon nan -0.95 V kont RHE nan Cu-on-Cu3N oswa Cu-on-Cu2O.Repwodwi avèk pèmisyon nan men Nature Publishing Group (81).(D) Dopaj bor te kapab chanje enèji adsorption mwayèn CO nan sifas kòb kwiv mete ak diminye enèji dimerizasyon CO─CO.1[B], 2[B], 3[B], 4[B], ak 8[B] refere a konsantrasyon nan dopaj bor anba tè nan katalis kwiv yo, ki te 1/16, 1/8, 3/. 16, 1/4, ak 1/2, respektivman.(E) Relasyon ki genyen ant eta oksidasyon ak FE nan pwodwi C2 oswa C1 nan katalis kòb kwiv mete dope bor.(D) ak (E) yo repwodui avèk pèmisyon nan Nature Publishing Group (41).(F) Imaj SEM nan papye kwiv ak diferan epesè fim Cu2O anvan (anwo) ak apre (anba) ECR.Repwodwi avèk pèmisyon nan men American Chemical Society (83).

Apa de estrikti elektwonik la, materyèl ki sòti nan oksid kapab tou mennen nan mòfoloji oswa evolisyon estrikti pandan pwosesis rediksyon an situ.Soti nan pèspektiv nan mòfoloji oswa estrikti, pèfòmans elektwochimik amelyore nan electrocatalysts oksid ki sòti yo te atribiye a fòmasyon nan fwontyè grenn aktif, bor, ak etap (83-85).Yeo ak kòlèg travay yo (83) rapòte kouple selektif C─C sou fim Cu2O electrodeposited ak epesè diferan (figi 4F).Espektroskopi Raman nan situ te revele ke sifas fim Cu2O yo te redwi a ki estab Cu0 metalik pandan ECR (83).Kòm yon rezilta, Cu0 metalik te konfime kòm sant aktif katalitik olye pou yo espès Cu + oswa koòdone Cu + / Cu0.Nan pwosesis pou diminye Cu2O nan Cu0 metalik, sifas katalis la gen chans rive nan fòm etap, kwen, ak teras.Li te fè remake ke etap yo fòme ak bor yo pi aktif pase teras yo, ki soti nan pi fò obligatwa yo ak *CO, ki ka plis idrojene *CO nan *CHO oswa *CH2O.Anplis de sa, atòm Cu kwen yo se yon pwomotè pou ranfòse fòmasyon *CHO ak *CH2O.Travay anvan yo te sijere ke *CHO ak *CH2O entèmedyè yo pi favorab pou C─C kouple pase *CO nan sinetik (86).Lè yo regle mòfoloji sifas la, enèji kimisorpsyon entèmedyè *CHO ak *CH2O yo ka optimize.Nan etid sa a, otè yo te jwenn ke FE nan C2H4 diminye soti nan 40 a 22% lè yo ogmante epesè nan fim mens Cu2O soti nan 0.9 a 8.8 μm.Sa a se akòz konsantrasyon nan ba Cu kowòdone ki ogmante ak ogmantasyon nan epesè Cu2O.Atòm ki pa kowòdone sa yo ka mare fòtman ak H epi, kidonk, yo pi pito pou evolisyon idwojèn pase kouple C─C.Travay sa a te demontre ke katalis kòb kwiv mete ki sòti nan oksid la ka siyifikativman amelyore selektivite C2H4 atravè rekonstriksyon mòfoloji sifas olye pou yo prezante espès Cuδ+ ki chaje yo.Sèvi ak katalis ki sòti nan oksid, etan (C2H6) te tou oaza te pwodwi avèk èd nan klori Paladyòm (II) (PdCl2) aditif nan elektwolit (34).Li te montre ke PdClx adsorbed sou sifas Cu2O ki sòti Cu te jwe yon wòl enpòtan anpil pou evolisyon C2H6.Espesyalman, CO2 te premyèman redwi a C2H4 nan sit Cu2 aktif ki sòti nan Cu2O, ak Lè sa a, C2H4 ki te fòme a ta dwe idwojene avèk asistans PdClx adsorbed pou pwodwi C2H6.FE C2H6 ogmante de <1 a 30.1% ak asistans PdCl2.Travay sa a sijere ke konbinezon an nan byen defini ECR katalis la ak aditif elektwolit ka louvri nouvo opòtinite pou jenerasyon espesifik C2 + pwodwi.

Mòfoloji ak/oswa règleman estrikti reprezante yon lòt estrateji altènatif pou modile selektivite katalitik ak aktivite.Kontwole gwosè, fòm, ak fasèt ekspoze nan katalis yo te lajman demontre pou amelyorasyon pèfòmans ECR (58, 87, 88).Pou egzanp, fasèt Cu (100) intrinsèque pi pito pou jenerasyon C2H4, pandan y ap pwodwi a domine soti nan katalis Cu (111) se metàn (CH4) (87).Nan yon etid nan Cu nanokristal ak divès fòm ak gwosè, Buonsanti ak kòlèg travay (58) revele yon depandans gwosè nonmonotonic nan selektivite a C2H4 nan nanokristal kib ki gen fòm kòb kwiv mete (Fig. 5A).Intrinsèque, kib Cu nanokristal ekspoze pi wo C2H4 aktivite ak selektivite pase esferik Cu nanokristal akòz dominasyon nan (100) fasèt la.Gwosè kristal ki pi piti a kib Cu ta ka ofri pi gwo aktivite akòz konsantrasyon an ogmante nan sit sifas ki ba-kowòdone, tankou kwen, etap, ak kinks.Sepandan, chemisorption ki pi fò nan sit ki ba-kowòdone te akonpaye pa pi wo H2 ak CO selektivite, sa ki lakòz pi ba an jeneral idrokarbone FE.Nan lòt men an, rapò a nan sit kwen ak sit avyon diminye ak ogmantasyon nan gwosè patikil, ki afekte tou pèfòmans nan pwodiksyon C2H4.Otè yo te demontre ke nanocubes kòb kwiv mete gwosè entèmedyè ak yon longè kwen 44-nm parèt pi wo selektivite C2H4 akòz balans ki optimize ant gwosè patikil ak dansite sit kwen yo.Anplis de sa, mòfoloji kapab tou afekte pH lokal la ak transpò mas pandan ECR.Li te demontre ke segondè pH lokal la nan vwazinaj sifas katalis la, ki se koze pa OH- a in situ ki te pwodwi, siprime chemen reyaksyon ki enplike nan pwoton.Kòm yon rezilta, fòmasyon idrokarbone C2 + atravè *CO dimerization ta ka amelyore, epi CH4 ki fòme nan *COH entèmedyè ta ka anpeche.Etalaj nanofil kwiv (figi 5B) yo te demontre yo reyalize ogmante pH lokal (68).Kòm yon elektwolit souvan itilize, solisyon CO2 satire bikabonat potasyòm (KHCO3) pral byen vit netralize lokal OH− (HCO3− + OH− = CO32− + H2O) epi diminye pH lokal la.Avèk yon mikwostrikti long, difizyon HCO3- nan etalaj Cu nanowire yo ka febli yon jan kanmenm pou efè netralizasyon pou OH- lokal yo pral siprime nan yon sèten degre.Sou baz yon prensip ki sanble, may kòb kwiv mete ak jisteman kontwole mesopores (figi 5C) demontre amelyore FE pou pwodiksyon C2H4 oswa C2H6 (32).Li te montre ke pH lokal la nan sifas elektwòd la ka ogmante pa rediksyon lajè pò a, sa ki lakòz diminye C1 pwodwi FE ak amelyore C2 pwodwi FE.Anplis de sa, lè yo ogmante pwofondè pò a, pwodwi a pi gwo rediksyon ta ka branche soti nan C2H4 a C2H6.FE a nan C2H6 te kòm yon wo 46%.Depi pwodwi chimik yo te fèmen andedan porositë yo pandan ECR, tan retansyon pwolonje nan entèmedyè kle yo ki te koze pa porositë pi fon yo te eksplike kòm rezon prensipal pou selektivite segondè nan direksyon idrokarbone C2 satire.Nanofib Cu ki sòti nan CuI te montre tou seleksyon segondè nan direksyon C2H6 (FE = 30% nan -0.735 V kont RHE) (89).Mòfoloji anisotropik la ak sifas ki wo nanofib CuI ki sòti nan CuI ka amelyore efikasite pyèj H2 absòbe epi konsa ogmante FE C2H6.

(A a C) Efè mòfoloji oswa estrikti.(A) Dansite atòm (aks gòch) ak rapò atòm nan sit kwen yo (Nedge) ak atòm sou plan (100) (N100) (aks dwat) an enpòtans ak longè kwen an (d).Repwodwi avèk pèmisyon nan men John Wiley and Sons (58).(B) Scheme mòfoloji te lakòz chanjman pH.Repwodwi avèk pèmisyon nan men John Wiley and Sons (68).(C) pwodwi selektivite nan mesopore kòb kwiv mete ak diferan gwosè pò ak pwofondè.Repwodwi avèk pèmisyon nan men John Wiley and Sons (32).(D a H) Efè ligand.(D ak E) ECR sou nanofil kwiv (Cu NW) ak diferan kalite asid amine (D) oswa modifye (E) nan -1.9 V. Repwodwi avèk pèmisyon nan Royal Society of Chemistry (35).(F) Pousantaj pwodiksyon C2H4 nan diferan elektwolit halogen ak diferan potansyèl adsorption sou Cu (35).Repwodwi avèk pèmisyon nan men American Chemical Society (91).NHE, elektwòd idwojèn nòmal.(G) FE nan C2H4 ak CO nan diferan konsantrasyon nan elektwolit KOH ak (H) pant Tafel nan C2H4 nan konsantrasyon diferan nan elektwolit KOH.(G) ak (H) yo repwodui nan Asosyasyon Ameriken pou Avanse Syans (AAAS) (33).

Modifikasyon sifas katalis lè l sèvi avèk ti molekil se yon lòt estrateji byen li te ye pou amelyore pèfòmans electrochemical ECR.Estrateji sa a ka enfliyanse mikwo-anviwònman tou pre sifas katalis la, ki ka estabilize entèmedyè kle yo akòz entèraksyon ant ligand sifas ak entèmedyè.Amine yo te rapòte kòm yon modifye ankouraje ECR (35).Yo te envestige plizyè asid amine, tankou glisin (Gly), dl-alanine (Ala), dl-leucine (Leu), dl-tryptophan (Tyr), dl-arginine (Arg), ak dl-tryptophan (Trp). etidye efè yo sou nanofil kwiv (35).Jan yo montre nan Fig. 5D, tout ligand ki baze sou asid amine yo te kapab amelyore selektivite nan idrokarbur C2 +.Yon amelyorasyon konsa sijere ke gwoup fonksyonèl ─COOH ak ─NH2 nan asid amine yo se pwobableman responsab pou selektivite amelyore nan ECR.Rapò anvan yo montre ke adsorption nan asid amine sou sifas Cu a te reyalize nan tou de ─COOH ak ─NH2 gwoup (35, 90).Asid stearik (C17H35COOH, RCO2H), ki gen sèlman gwoup ─COOH, te chwazi pou idantifye wòl ─COOH.Lòt modifye, tankou a-anthraquinone dyazonyòm sèl (AQ), o-nitrobenzene dyazonyòm sèl (PhNO2), ak dodecyl mercaptan (C12H25SH, RSH), ki pa gen ni ─COOH ni ─NH2 gwoup, yo te tou envestige.Sepandan, yo tout pa t pozitif pou C2 + idrokarbone amelyorasyon FE (figi 5E).Kalkil teyorik yo endike ke gwoup ─NH3+ nan glisin zwitterionik adsorbe a te kapab estabilize *CHO entèmedyè akòz entèraksyon fò yo, tankou lyezon idwojèn.Entwodiksyon iyon halogen nan elektwolit la se yon lòt fason pou modifye katalis yo (91, 92).Jan yo montre nan Fig. 5F, pousantaj pwodiksyon C2H4 sou plasma-aktive Cu ta ka siyifikativman ogmante ak asistans nan aditif halogen.Yo te montre ke I− ion pi aktif pase Br− ak Cl−, an akò ak enèji adsorption korespondan I−, Br−, ak Cl− sou fasèt Cu(100) (91).Anplis alogen, ion idroksid tou te montre yon efè pozitif sou selektivite C2H4.Dènyèman, Sargent ak kòlèg travay yo (33) rapòte konvèsyon CO2-a-C2H4 ak ~70% FE lè l sèvi avèk elektwolit idroksid potasyòm (KOH) konsantre (jiska 10 M) nan yon selil koule.Jan yo montre nan Figi 5G, potansyèl aparisyon CO ak C2H4 nan elektwolit 10 M KOH te pi ba anpil konpare ak sa ki nan 1 M KOH.Anplis de sa, pant Tafel yo (Fig. 5H) nan fòmasyon C2H4 diminye ak ogmantasyon nan konsantrasyon idroksid (135 mV dekad-1 nan 1 M KOH ak 65 mV dekad-1 nan 10 M KOH), sijere transmitasyon an nan pousantaj la an jeneral- detèmine etap.Rezilta teyori fonksyonèl dansite (DFT) te pwouve ke prezans idroksid konsantre te kapab bese enèji obligatwa nan entèmedyè CO a epi tou li ogmante dezekilib chaj ant de atòm kabòn nan entèmedyè OCCO adsorbée.Kòm yon rezilta, OCCO entèmedyè a ta dwe plis estabilize atravè yon atraksyon dipol pi fò, ki mennen nan pi ba baryè enèji aktivasyon pou CO dimerization, ki pral Lè sa a, amelyore pèfòmans jeneral la.

C2 + oxygenates tankou etanòl (CH3CH2OH) se yon lòt gwo kategori nan pwodwi ECR ki gen anpil valè.Endistriyèl sentèz etanòl se yon pwosesis enèji-entansif, ki tou konsome yon gwo kantite etilèn oswa materyèl agrikòl (40).Kidonk, pwodiksyon elektwokatalitik etanòl oswa lòt oksijèn C2 + soti nan CO2 fè anpil sans ekonomik ak anviwònman an.Depi jenerasyon etanòl ki soti nan ECR te pataje yon penultyèm entèmedyè ak C2H4 ki se *C2H3O (43), idwojènasyon selektif nan entèmedyè sa a te kapab chanje chemen ECR soti nan C2H4 nan alkòl (64).Sepandan, nan pifò sistèm yo, selektivite nan oksijèn C2 + pi ba anpil pase idrokarbur (31, 37, 39, 41, 42, 67).Se konsa, nan seksyon sa a, nou pral mete aksan sou estrateji yo konsepsyon electrocatalyst ki ka reyalize enpresyonan C2 + oksijene FE ki gen plis pase 25%.

Kòm diskite pi wo a, katalis bimetalik ki byen fèt ka amelyore selektivite a ak aktivite pou pwodiksyon idrokarbone C2 +.Yo te itilize yon estrateji ki sanble men ki pa idantik tou pou amelyore pèfòmans electrocatalytic pou oksijèn C2 + (38, 93, 94).Pou egzanp, Ag-enkòpore katalis Cu-Cu2O ekspoze selektivite etanòl reglabl, ak etanòl ki pi wo a FE te 34.15% (95).Fwontyè bifaz la nan faz melanje Ag-Cu alyaj la, olye pou yo rapò atomik Ag/Cu, te idantifye kòm faktè kle pou pwodiksyon selektif etanòl.Depi sit Cu a trè pre sit Ag la nan yon modèl faz melanje (Ag-Cu2OPB), yo ta ka ankouraje pousantaj fòmasyon etanòl entèmedyè pou echantiyon an faz-melanje an konparezon ak yon sèl faz-separe (Ag-Cu2OPS). ), ki mennen ale nan yon pi bon pèfòmans jenerasyon etanòl.Anplis etanòl, NP bimetalik Cu-Ag yo te demontre tou konvèti CO2 nan acetate ak adisyon a nan benzotriazole (93).Nan -1.33 V kont RHE, FE acetate te 21.2%.Yo te pwopoze de chemen reyaksyon posib nan ka sa a: Youn baze sou dimerizasyon CO, ak lòt la se sou ensèsyon CO, ki mete aksan sou wòl enpòtan nan fòmasyon entèmedyè CO sou sit Ag aktif.Yo te rapòte yon obsèvasyon menm jan an nan katalis Cu-Zn (Fig. 6, A ak B) pou pwodiksyon etanòl (38).Lè yo ajiste kontni an nan Zn nan katalis alyaj Zn-Cu, rapò a nan etanòl kont C2H4 FE ta ka byen kontwole nan seri a nan 0.48 a 6, sijere enpòtans ki genyen nan sit CO-evolye pou fòmasyon oksijene C2 +.Fòmasyon nan katalis alyaj ta ka pwovoke efè a souch sou materyèl la matris, ki ka pa vle pafwa.Kidonk, yon wout dirèk nan direksyon katalis bimetalik ta ka pi apwopriye pou kèk pwodwi sib.Jaramillo ak kòlèg travay yo (96) te konstwi yon sistèm bimetalik Au-Cu senplifye, sentèz pa depozisyon dirèk nan NP lò sou yon papye polikristalin Cu, pou mennen ankèt sou efè kataliz tandem.Bimetalik Au-Cu a te montre selektivite sinèrjetik ak aktivite nan direksyon C2 + alkòl, pi bon pèfòmans kwiv ak lò, ak alyaj Au-Cu.Konpare ak FOIL Cu, sistèm Au-Cu bimetalik la te montre ogmante konsantrasyon CO lokal akòz prezans Au NPs (Fig. 6C) ki te aktif pou jenerasyon CO.Depi lò pa aktif pou rediksyon CO, yo te atribiye to pwodiksyon alkòl C2 + amelyore sou katalis bimetalik Au-Cu nan yon mekanis kataliz tandem.Espesyalman, NP lò ka jenere yon gwo konsantrasyon CO lokal tou pre sifas Cu.Apre sa, molekil CO abondan lokal yo ka redwi plis nan alkòl C2 + pa Cu.

(A a C) Efè alyaj.(A) Maksimòm FE nan etanòl ak C2H4 ak rapò a FE nan etanòl ak etilèn sou divès kalite alyaj Cu-Zn.(B) Dansite aktyèl pasyèl nan etanòl sou divès kalite alyaj Cu-Zn.(A) ak (B) yo repwodui avèk pèmisyon nan American Chemical Society (38).(C) Rediksyon CO2 ak pousantaj evolisyon CO sou lò, kòb kwiv mete, ak sistèm bimetalik Au-Cu.Repwodwi avèk pèmisyon nan men Nature Publishing Group (96).(D rive L) Efè mòfoloji oswa estrikti.(D) ilistrasyon chematik metòd ion metal monte bisiklèt.(E ak F) imaj SEM nan 100-sik Cu anvan (E) ak apre (F) prerediksyon nan kondisyon ECR.(G) TEM ak difraksyon elèktron zòn chwazi te sijere ke Cu (100) te ekspoze ak (H) enèji gratis pou fòmasyon * OCCO ak * OCCHO sou Cu (100), Cu (111), ak Cu (211).(D) a (G) yo repwodui avèk pèmisyon nan Nature Publishing Group (42).(I) Pwopòsyon oksijèn ak idrokarbur kòm yon fonksyon potansyèl sou Cu (111), Cu (751), ak Cu (100).(J) Nimewo kowòdinasyon pou Cu(111), Cu(100), ak Cu(751).(I) ak (J) yo repwodui avèk pèmisyon Akademi Nasyonal Syans (97).(K) Scheme nan pwosesis transfòmasyon soti nan Cu NPs nan kwiv ki tankou kib.Repwodwi ak pèmisyon Akademi Nasyonal Syans (98).(L) imaj SEM nan kwiv nanodendritik anvan ak apre ECR.Repwodwi avèk pèmisyon nan men American Chemical Society (99).

Ekspozisyon selektif nan aspè kristal pou electrocatalysts yo te demontre kòm yon apwòch efikas ak senp pou reyalize FE amelyore nan direksyon pwodwi ECR espesifik ak yon fason enpòtan pou konpreyansyon fondamantal.Senp men évolutive sentèz sèl-kristal katalis se defi.Enspire pa pwosedi galvanostatik chaje-dechaje (GCD) pou pil, gwoup nou an devlope yon metòd metal ion monte bisiklèt (figi 6D) pou oaza ekspoze fasèt kristal yon katalis Cu (42).Apre 100 sik GCD, yo te fòme yon etalaj nanokub Cu dans sou papye Cu a ak fasèt ekspoze (100) (figi 6, E rive G).Catalyseur 100-sik la prezante yon FE alkòl C2 + an jeneral ki gen plis pase 30% ak yon dansite aktyèl alkòl C2 + korespondan ki gen plis pase 20 mA cm-2.Sepandan, 10-sik Cu a ak yon rapò ki pi ba nan (100) fasèt la sèlman ofri yon C2 + alkòl FE nan ~ 10%.Simulation DFT konfime ke fasèt Cu(100) ak etap (211) yo te pi favorab pou C─C kouple sou Cu (111), jan yo montre nan Figi 6H.Yo te itilize yon katalis modèl, fim epitaxial Cu ak diferan fasèt ekspoze, pou detèmine motif sit aktif yo nan direksyon pwodiksyon oksijene C2 + (figi 6I) (97).Piske li estatistikman mwens chans pou yon dimè CO* adjasan ak atòm H* sou yon sifas ki gen mwens vwazen, sit Cu ki pi ba yo kowòdone yo ka siprime fòmasyon idrokarbur epi mennen nan amelyore FE oksijene C2+ paske li pi difisil pou idwojene. C─C makonnen ECR entèmedyè sou sifas li (97).Nan etid fim epitaxial Cu, otè yo te konfime ke ECR sou Cu (751) fasèt la te montre amelyore rapò oksijene / idrokarbone.Amelyorasyon sa a ta ka atribiye a jeyometri sifas Cu atòm nan diferan aspè Cu ak nimewo kowòdone mwayèn ki pi ba ki koresponn lan (figi 6J), kote atòm Cu kowòdone, respektivman, ak de, kat, ak sis vwazen ki pi pre sou Cu (751), Cu (100), ak Cu (111) aspè.Yo te itilize rekonstriksyon mòfoloji in situ pou amelyore FE oksijene C2+.Yon aktif kib-tankou Cu katalis te devlope pa Yang ak kòlèg travay (98), ki te montre amelyore pèfòmans kouple C─C.An detay, monodisperse Cu NPs (6.7 nm) ak chaj diferan yo te depoze sou sipò papye kabòn kòm yon katalis pou ECR.Li evidan, ogmante FE nan oksijèn C2 + yo te obsève ak ogmantasyon nan chaj Cu NP.Li te montre ke anpil chaje Cu NPs anba kondisyon chaje anwo nan syèl la sibi transfòmasyon mòfolojik nan situ pandan ECR, nan ki mòfoloji kib-tankou finalman te fòme (Fig. 6K).Yo te jwenn estrikti sa a ki fèk fòme plis electrocatalytically aktif.Analiz Tafel sigjere ke CO dimerization te etap pou detèmine pousantaj pou fòmasyon pwodwi C2, tandiske sa a nan n-propanol te montre yon chemen disrè nan sistèm katalitik sa a.Nanodendritik kwiv se yon lòt egzanp ki montre enpòtans kontwòl mòfoloji pou pwodiksyon oksijene C2+ (99).Yon ti tan, total FE nanodendrit kwiv ki byen defini (Fig. 6L) pou alkòl C2 + te apeprè 25% nan -1.0 V kont RHE.Yon enpresyonan n-propanol FE nan 13% ta ka reyalize nan -0.9 V. Lè ou konsidere gwo aktivite Cu atòm, katalis ki baze sou kòb kwiv mete toujou soufri nan degradasyon estriktirèl pandan ECR, espesyalman nan gwo twòp potansyèl, ki, nan vire, mennen nan pòv. estabilite.Sepandan, tankou yon kwiv nanodendritic ekspoze bon estabilite pou pwodiksyon alkòl, ki montre yon FE alkòl nan ~ 24% sou 6 èdtan.

Defo nan electrocatalysts, tankou pòs vid atòm ak dopants, montre posiblite pou adsorbing entèmedyè ECR ki pa konvansyonèl yo epi, kidonk, selektivman amelyore chemen ki koresponn lan nan direksyon oksijèn (29, 43, 100).Pran * C2H3O kòm yon egzanp, ki se potansyèl penultyèm entèmedyè pou pwodiksyon etilèn ak etanòl, Sargent ak kòlèg travay yo (43) etidye wòl nan defo nan yon elektwokatalizè nwayo-kal Cu an detay.Yo teyorikman te montre ke baryè enèji reyaksyon yo pou fòmasyon ethylene ak etanòl yo te menm jan an nan etap nan byen bonè kouple C─C (0.5-V overpotential) (Fig. 7A).Anba yon kondisyon konsa, entwodiksyon an nan pòs vid kwiv ta ogmante yon ti kras baryè enèji pou fòmasyon etilèn, men li pa montre okenn enfliyans sou jenerasyon an etanòl (figi 7B).Sepandan, jan yo montre nan Fig. 7C, katalis kòb kwiv mete ki gen vid ak dopant souf anba tè ta ka ogmante siyifikativman baryè enèji pou wout la etilèn, fè li thermodynamically favorab.Sepandan, yon modifikasyon konsa te montre yon efè neglijab sou chemen etanòl la.Fenomèn sa a te verifye plis eksperimantal.Yon nwayo-koki estriktire Cu2S-Cu ak pòs vid sifas abondan (Cu2S-Cu-V; Fig. 7D) te sentèz.Pwopòsyon alkòl ak etilèn ogmante soti nan 0.18 sou Cu NPs fè a 0.34 sou Cu2S-Cu san pòs vid ak Lè sa a, a 1.21 sou Cu2S-Cu-V, byenke total FE nan C2 + pwodwi pou tout katalis rete menm jan an (Fig. 7E) .Obsèvasyon sa a te endike ke pwomosyon selektivite alkòl te asosye ak repwesyon pwodiksyon etilèn, ki konsistan avèk rezilta DFT.Anplis de sa, jeni defo jwe yon wòl pi enpòtan pou katalis kabòn san metal depi materyèl kabòn pi yo inaktif pou ECR.Dopants tankou nitwojèn ak bor yo te itilize pou chanje estrikti elektwonik yon katalis ki baze sou kabòn (31, 43, 100).Pou egzanp, fim nanodyaman (NDD) ki dope nitwojèn sou substra Silisyòm te devolue pa Quan et al.(29) pou pwodiksyon acetate selektif soti nan ECR (figi 7F).Potansyèl acetate a te osi ba ke -0.36 V kont RHE lè l sèvi avèk yon katalis NDD, ak FE a pou acetate te plis pase 75% nan yon seri potansyèl soti nan -0.8 a -1.0 V kont RHE.Pou konprann orijin yon amelyorasyon enpresyonan konsa, yo te prepare ak envestige elektwòd NDD/Si ​​ki gen diferan kontni nitwojèn oswa espès nitwojèn (figi 7G).Otè yo te konkli ke pèfòmans siperyè NDD/Si ​​katalis pou ECR ta ka atribiye a gwo twòp potansyèl li yo pou evolisyon idwojèn ak N dopaj, kote espès N-sp3C te trè aktif pou pwodiksyon acetate.Done elektwokinetik ak spectre enfrawouj in situ revele ke chemen prensipal la pou fòmasyon acetate ta ka CO2 → *CO2− → *(COO)2 → CH3COO−.Anplis nitwojèn, bor se yon lòt heteroatom byen eksplore pou kontwole estrikti elektwonik nanodiamond.Sepandan, nanodyaman dope bor (BDD) preferansyèlman redwi CO2 nan fòmaldeyid oswa fòma (101).Anplis de sa, Quan ak kòlèg travay (102) te demontre ke bor ak nitwojèn ko-dope nanodiamond (BND) te montre efè sinèrjetik sou ECR, ki ta ka simonte limit BDD ak Lè sa a, oaza pwodwi etanòl.BND1, BND2, ak BND3 katalis ki gen diferan kontni nitwojèn ak menm nivo dopan bor yo te prepare.Jan yo montre nan Fig. 7H, seleksyon ki pi wo a nan etanòl jiska 93% ta ka reyalize sou katalis la BND3 nan -1.0 V kont RHE, ki gen pi wo dopaj nitwojèn.Kalkil teyorik montre ke pwosesis kouple C─C sou BND te thermodynamically favorab, kote atòm nan bor ankouraje kaptire CO2 ak dopant nitwojèn fasilite idwojènasyon an nan entèmedyè nan direksyon etanòl.Malgre ke nanodiamond eteroatom-dope te kapab konvèti CO2 nan oksijèn miltikabòn ak selektivite segondè, aktivite ECR li yo trè limite paske nan pwosesis transfè chaj dousman (dansite aktyèl la se mwens pase 2 mA cm-2).Materyèl ki baze sou grafèn ta ka yon solisyon potansyèl simonte enpèfeksyon yo nan katalis ki baze sou dyaman.Teyorikman, sit piridinik kwen N nan kouch grafèn yo te pran kòm sit aktif pou kouple C─C (103).Sa a se akòz lefèt ke prezans nan piridinik N nan sit kwen ka konvèti CO2 nan CO, ki ka plis makonnen nan C2 + molekil (figi 7I).Pou egzanp, entèmedyè *C2O2 ta ka estabilize nan kabòn dope nitwojèn kote de atòm C yo kole ak N piridinik la ak atòm C adjasan li yo, respektivman (103).Lè sa a, prediksyon teyorik la te valide lè l sèvi avèk katalis nitwojèn-dope graphene quantum dot (NGQD) (31).Apre pulverizasyon fèy grafèn nitwojèn-dope (1 a 3 μm) (Fig. 7J), 1- a 3-nm NGQD yo te jwenn nan ki dansite N piridinik nan sit kwen yo te ogmante pa twa lòd nan grandè.Nan -0.78 V kont RHE, maksimòm FE pou oksijèn C2 + te kapab rive jiska 26%.Anplis de sa, jan yo montre nan Fig. 7K, dansite aktyèl pasyèl pou oksijèn C2 + se fèmen nan 40 mA cm-2 nan -0.86 V kont RHE, ki se pi wo pase sa yo ki nan modifye nanodiamond la.An konparezon, pwen pwopòsyon grafèn N-gratis ak oksid grafèn N-dope, ki montre pi ba sit piridinik N, prensipalman bay H2, CO, ak fòma.

(A rive C) Gibbs gratis enèji ki soti nan *C2H3O nan etilèn ak etanòl pou kwiv, kòb kwiv mete vid, ak kòb kwiv mete vid kòb kwiv mete ak souf anba tè.(D) ilistrasyon chematik katalis Cu2S-Cu-V.(E) FE nan alkòl C2 + ak etilèn, osi byen ke rapò FE nan alkòl ak alken.(A) a (E) yo repwodui avèk pèmisyon nan Nature Publishing Group (43).(F) SEM imaj NDD.(G) Pousantaj pwodiksyon acetate ak fòma sou NDD ak diferan kontni nitwojèn.nan %, atomik %.(F) ak (G) yo repwodui avèk pèmisyon nan American Chemical Society (29).(H) FE pou NDD, BDD, ak BND nan -1.0 V. Repwodwi avèk pèmisyon John Wiley and Sons (102).(I) ilistrasyon chematik sit aktif pou kouple C─C nan NGQDs.(I) repwodui avèk pèmisyon nan American Chemical Society (103).(J) TEM imaj NGQD yo.Ba echèl, 1 nm.(K) Dansite aktyèl pasyèl pou divès kalite pwodwi lè l sèvi avèk NGQDs.(J) ak (K) yo repwodui avèk pèmisyon nan Nature Publishing Group (31).

Pi lwen pase electrocatalysts, elektwòd ak konsepsyon achitekti reyaktè katalitik prezante yon lòt wout efikas pou ranfòse pèfòmans ECR, espesyalman pou pousantaj pwodiksyon ak efikasite enèji.Amelyorasyon enpòtan yo te fè sou konsepsyon ak fabrikasyon nouvo sistèm elektworediksyon pou reyalize pwodiksyon C2 + trè efikas.Nan seksyon sa a, nou pral diskite sou konsepsyon elektwòd/reaktè ECR an detay.

Selil H-tip yo anpil itilize nan tès laboratwa-echèl, konsidere asanble fasil yo, operasyon fasil, ak pri ki ba.Selil yo ekipe ak katod endepandan ak anod chanm ki konekte pa yon manbràn echanj iyon (104, 105).Dezavantaj prensipal la nan selil H-tip sa a se solubilite ki ba CO2 nan elektwolit akeuz, ki se sèlman 0.034 M nan kondisyon anbyen, ki mennen nan limite CO2 rediksyon aktyèl dansite nan j < 100 mA cm-2 (64).Anplis de sa, lòt dezavantaj intrinsèques, ki gen ladan yon zòn sifas elektwòd limite ak yon distans entè-elektwòd gwo, te echwe pou pou satisfè kondisyon rechèch k ap grandi yo (105, 106).Pou jenerasyon pwodwi C2+, selil H-tip yo anjeneral montre selektivite ki ba anba gwo potansyèl, pa egzanp, 32% pou etilèn nan -0.98 V kont RHE (107), 13.1% pou n-propanol nan -0.9 V kont RHE (99), ak 20.4% pou etanòl nan -0.46 V kont RHE (108), akòz evolisyon idwojèn seryezman konpetitif.

Pou adrese pwoblèm ki anwo yo, yo te pwopoze raktor koule a (15, 109).Nan selil koule, kouran CO2 gaz ka dirèkteman itilize kòm materyo nan katod, kidonk mennen nan difizyon mas siyifikativman ak to pwodiksyon an (104, 110).Figi 8A montre achitekti tipik nan yon selil koule, kote yon manbràn elektwolit polymère (PEM) te sèvi kòm separasyon elektwòd ki sandwich ant de chanèl koule.Se katalis la immobilize sou yon elektwòd difizyon gaz (GDE) pou sèvi kòm elektwòd katod la, kote gaz CO2 dirèkteman manje.Katolit la, tankou 0.5 M KHCO3, kontinye ap koule nan kouch mens ant elektwòd katalis la ak PEM.Anplis de sa, bò anod la tipikman sikile ak yon elektwolit akeuz pou reyaksyon evolisyon oksijèn (43, 110).Konpare ak selil H-tip, selil koule sa yo ki baze sou manbràn montre pèfòmans ECR ki pi siperyè.Pou egzanp, Sargent ak kòlèg travay yo (43) evalye pèfòmans ECR nan katalis Cu2S-Cu-V nan tou de selil H-tip ak selil koule, jan sa montre nan Figi 8 (B rive E).Sèvi ak selil H-tip, maksimòm FE pou pwodwi C2 + te 41% ak yon dansite aktyèl total ~ 30 mA cm-2 anba -0.95 V kont RHE.Sepandan, FE a pou pwodwi C2 + ogmante a 53% ak yon dansite aktyèl total fasil depase 400 mA cm-2 anba -0.92 V kont RHE nan yon sistèm koule.Yon amelyorasyon siyifikatif pèfòmans konsa lè l sèvi avèk raktor koule a ka atribiye nan difizyon CO2 améliorée ak reyaksyon segondè siprime, sitou ki soti nan achitekti lokal gaz-elektwolit-katalis trip-koòdone.

(A) Yon dyagram nan elektwolizè a koule ak yon chema agrandi nan koòdone elektwòd-elektwolit la.(A) repwodui avèk pèmisyon John Wiley and Sons (30).(B a E) Konparezon pèfòmans ECR lè l sèvi avèk selil H-tip ak selil koule.(B) a (E) yo repwodui avèk pèmisyon nan Nature Publishing Group (43).(F rive H) Elektwolit diferan aplike nan selil koule kont pèfòmans nan ECR.Yo repwodui (F) jiska (H) avèk pèmisyon John Wiley and Sons (30).(I a K) Estrikti ak estabilite pèfòmans nan elektwòd difizyon gaz ki baze sou polymère.Yo repwodui (I) jiska (K) avèk pèmisyon AAAS (33).

Selil diferans zewo a se yon lòt klas elektwolizè, ki pi lwen retire kanal koule yo nan selil koule ak peze de elektwòd ansanm ak yon manbràn echanj iyon nan mitan.Konfigirasyon sa a ta ka siyifikativman diminye transfè mas ak rezistans transfè elèktron e konsa amelyore efikasite enèji, fè li pi posib nan aplikasyon pratik (110).Reaktif yo manje nan katod la ka swa katolit ki satire CO2 oswa kouran CO2 imidite.Vapè dlo oswa elektwolit akeuz obligatwaman manje nan anod la pou lage pwoton pou konpanse chaj la pou espès rediksyon CO2 (111).Gutiérrez-Guerra et al.(109) evalye pèfòmans katalis ibrid Cu-AC nan selil zewo gap la e li rapòte ke asetaldeyid se pwodwi prensipal la ak yon selektivite segondè nan 60%.Kòm yon lòt avantaj nan aparèy sa a, li trè fasil presyon koule reyaktif la ak siyifikativman amelyore konsantrasyon lokal CO2, kidonk sa ki lakòz gwo dansite aktyèl ak to reyaksyon segondè (110).Sepandan, pousantaj echanj iyon akselere nan selil zewo diferans yo gen tandans asidifye katolit la, deplase reyaksyon an nan direksyon evolisyon H2 olye pou yo rediksyon CO2 (112).Pou abòde pwoblèm sa a, Zhou ak kòlèg travay yo (112, 113) mete yon kouch tanpon ak yon elektwolit akeuz sikile ant katod la ak manbràn pou kenbe pH apwopriye tou pre katod la pou reyaksyon rediksyon CO2.Malgre ke divès kalite pwodwi C2 + yo te detekte sou baz selil zewo gap yo, ki gen ladan asetòn, etanòl, ak n-propanol, FE yo toujou relativman ba.Pifò etid rapòte toujou konsantre sou pwodwi C1 ki enplike mwens kantite transfè pwoton ak elektwon pandan reyaksyon rediksyon an.Se poutèt sa, posibilite selil zewo diferans lan pou pwodwi C2 + toujou anba deba (110).

Anplis, selil elektwolitik mikrofluidik (MEC) yo se yon kalite konfigirasyon elektwolizè trè atire ke Kenis ak kòlèg travay yo (39, 114).Nan aparèy sa a, manbràn la ranplase pa yon espas mens (<1 mm nan epesè) plen ak kouran elektwolit ap koule tankou dlo pou separe anod la ak katod.Molekil CO2 yo te kapab byen vit difize nan koòdone elektwòd-elektwolit toupre katod, epi de GDE fiks yo koule pa elektwolit ap koule tankou dlo.Konpare ak selil koule manbràn ki baze sou, MECs pa sèlman evite pri segondè manbràn, men tou bese jesyon dlo, ki patikilyèman refere a anod sèk-soti ak inondasyon katod lè yo opere nan dansite aktyèl segondè akòz trennen osmotik nan molekil dlo ansanm ak transpò pwoton soti nan anod nan katod atravè manbràn nan (115).Osi lwen ke nou konnen, malgre merit yo aparan ak reyalizasyon, yon kantite minimòm etid yo te reyalize pwodwi C2 + nan MEC orijinal yo.Sa a se pwobableman ki te koze pa efè a "k ap flote" ke pwoton ki te fòme nan anod la fasil vide soti nan vwazinaj katod la oswa lave lwen pa elektwolit la ap koule tankou dlo, olye ke patisipe nan pwoton miltip ki nesesè C2 + reyaksyon fòmasyon.Espekilasyon an ta ka konfime pa egzanp sa a.Nan 2016, Kenis ak kòlèg travay yo (31) rapòte siksè rediksyon CO2 a C2 + pwodwi sou yon MEC modifye ak manbràn ki gen ladann, nan ki NGQD yo te kapab diminye molekil CO2 a C2 + ak 55% FE (31% pou ethylene, 14% pou etanòl, 6% pou acetate, ak 4% pou n-propanol) nan yon potansyèl aplike nan -0.75 V kont RHE nan 1 M KOH solisyon.Li enpòtan pou fè remake ke yon anviwònman elektwolit ta ka siyifikativman afekte selektivite pwodwi a tou.Pou egzanp, Jiao ak kòlèg travay yo (30) sentèz yon katalis nanopore Cu ak Lè sa a, teste pèfòmans ECR li yo lè l sèvi avèk elektwolit diferan (KHCO3, KOH, K2SO4, ak KCl) nan yon MEC manbràn ki baze sou.Yo revele ke rediksyon CO2 nan elektwolit alkalin (KOH) montre seleksyon C2 + ki pi wo a ak dansite aktyèl la, jan yo montre nan Figi 8 (F ak G).Nan -0.67 V kont RHE nan elektwolit 1 M KOH, FE a jwenn pou C2 + rive jiska 62% ak yon dansite aktyèl pasyèl nan 653 mA cm -2, ki se pami pi gwo dansite aktyèl yo ki te janm rapòte nan rediksyon CO2 elektwochimik. anvè pwodwi C2+.Ethylene (38.6%), etanòl (16.6%), ak n-propanol (4.5%) se pwodwi prensipal C2 + ak yon ti kantite acetate.Yo fè remake tou ke gen yon korelasyon fò ant pH sifas kalkile a ak FE pou pwodwi C2 +: pi wo pH sifas la, pi wo dansite aktyèl yo ak pwodwi C2 + sede, jan sa montre nan Figi 8H.Kalkil teyorik la pwopoze ke toupre-sifas iyon OH- yo ta ka fòtman fasilite C─C kouple (31).

Anplis de sa nan konfigirasyon elektwolizè a, elektwolit la aplike nan elektwolizè diferan ta ka tou anpil chanje pwodwi final ECR yo.Kòm nou mansyone pi wo a, solisyon KOH trè alkalin yo toujou itilize nan selil koule ak pèfòmans ekselan olye ke nan selil H-kalite.Li se atribiye a lefèt ke elektwolit KOH ta ka bay pi wo konduktiviti elektwolit, diminye rezistans ohmik ant kouch elektwolit mens sou katalis ak elektwolit esansyèl, ak plis diminye overpotentials ki nesesè pou fòmasyon C2 + (31).Rezilta DFT yo plis konfime ke prezans iyon OH- ta ka bese baryè enèji pou CO dimerization, konsa ranfòse fòmasyon C2 + ak siprime konpetisyon an nan fòmasyon C1 ak H2 (30, 33).Sepandan, alkalin KOH pa t 'kapab itilize kòm elektwolit nan selil H-kalite.Sa a se paske kouran CO2 pral rapidman reyaji ak solisyon KOH epi finalman kreye yon solisyon bikabonat ak pH net nan selil H-tip (30).Nan selil koule, sepandan, yon fwa CO2 a gaye nan GDE a, molekil CO2 yo pral boule nan faz nan limit trip (CO2-katalis-elektwolit) yo fòme pwodwi redwi imedyatman.Anplis de sa, pòv tanpon kapasite elektwolit la kapab ogmante rapidman pH alantou elektwòd la nan konfigirasyon elektwolizè estasyonè, tandiske elektwolit la ap koule tankou dlo pral rafrechi sifas la epi minimize fluctuation pH nan elektwolit la (33, 116).

Kòm mansyone pi wo a ke ECR se yon reyaksyon difizyon-kontwole, presyon reyaksyon segondè ta ka tou siyifikativman amelyore esansyèl la ak koòdone konsantrasyon CO2.Réacteurs komen wo-presyon yo sanble ak otoklav Nerjaveèi, kote CO2 presyon wo (jiska 60 atm) ka prezante nan selil la, ki mennen nan yon ogmantasyon remakab nan tou de FE a ak dansite aktyèl la nan C2 + (117). , 118).Sakata ak kòlèg travay yo (119) te montre ke dansite aktyèl la ka amelyore a 163 mA cm-2 anba 30 atm sou yon elektwòd Cu ak etilèn kòm pi gwo pwodwi.Anpil katalis metal (egzanp, Fe, Co, ak Ni), ki pa gen okenn aktivite pou pwodiksyon C2 + nan presyon anbyen, ta ka diminye CO2 nan etilèn, etan, pwopan, ak lòt pwodwi C2 + segondè nan presyon ki wo.Li te demontre ke selektivite nan pwodwi yo ansibleman depann sou presyon an CO2 nan fason pou chanje disponiblite CO2 nan sifas elektwòd la (117, 120).Pwodwi prensipal yo redwi yo chanje soti nan H2 nan idrokarbur (C2 + enkli) epi anfen nan CO / HCOOH ak ogmante presyon CO2.Miyò, presyon CO2 yo ta dwe ak anpil atansyon kontwole paske twòp presyon CO2 wo oswa ba ta pwovoke pousantaj difizyon CO2 initil oswa limite, ki gen tandans favorize pwodiksyon an nan CO / HCOOH oswa H2.Se sèlman yon kantite konpatib nan CO entèmedyè ak dansite aktyèl ki te pwodwi sou sifas elektwòd la ka fasilite reyaksyon an kouple C─C ak amelyore selektivite pwodwi C2 + (119).

Konsepsyon yon elektwòd roman ak estrikti avanse se yon lòt direksyon enpòtan pou amelyore pwodiksyon selektif C2+ la.Nan etap bonè, elektwòd k ap travay yo se fèy metal ki pa pore epi yo soufri nan transfè mas paresseux (26, 105).Kòm yon rezilta, GDE te pwopoze pou soulaje pèfòmans selil pòv yo lè yo bay chanèl idrofob ki fasilite difizyon CO2 nan patikil katalis (121).GDE konvansyonèl la anjeneral gen ladan yon kouch katalis (CL) ak yon kouch difizyon gaz (GDL), jan yo montre nan pati ki pi ba nan Fig. 8A (30, 33).Koòdone gaz-likid-katalis ki fòme nan GDE enpòtan anpil pou amelyore pèfòmans selil la.GDL reyini ak materyèl ki mouye (tipikman papye kabòn) ta ka bay abondan chemen CO2 epi asire vitès difizyon elektwolit rapid.Li tou aji kòm yon mwayen transpò ba-rezistans pou pwoton, elektwon, ak pwodwi rediksyon soti nan CL a nan elektwolit la (121).Distribisyon gout, aerografi, ak elektwodepozisyon se teknoloji komen pou preparasyon GDEs (122).Catalyseurs reyini ak GDE yo te envestige entansif nan CO2 electroreduction pou pwodwi C2+.Miyò, selil koule yo mansyone pi wo a ak pèfòmans favorab yo tout makonnen ak GDEs.Osi bonè ke lè 1990, Sammells ak kòlèg travay yo (123) te rapòte ke GDE kouvwi Cu te reyalize FE segondè nan 53% pou ethylene ak yon dansite segondè nan 667 mA cm-2.Amelyore selektivite nan etilèn ak etanòl se yon gwo defi ki toujou kopwodwi sou katalis ki baze sou Cu paske nan chemen reyaksyon mekanis ki sanble anpil yo.Anplis, li enpòtan pou fè remake ke pwodiktivite ki wo ak selektivite nan etilèn konpare ak etanòl yo te obsève sou GDE ki baze sou Cu (25, 36).Gewirth ak kòlèg travay yo (36) te montre yon FE ekselan nan 60% pou ethylene ak yon FE siprime pou etanòl nan 25% sou electrodeposited Cu-Ag GDE, lè dansite total aktyèl la te rive nan ~ 300 mA cm-2 nan -0.7 V kont. RHE.Li se yon travay ki ra ki reyalize yon selektivite segondè nan yon gwo dansite aktyèl.Konklizyon sa a sijere ke yon elektwòd GDE-enkòpore bay yon avni pwomèt pou ajiste chemen reyaksyon yo, nan ki selektivite nan pwodwi redwi ka jwenn nan dansite aktyèl segondè.

Estabilite GDE yo se tou yon pwoblèm enpòtan ki ta dwe adrese paske operasyon ki estab alontèm esansyèl pou reyalize aplikasyon pratik pou selil koule.Malgre pèfòmans eksepsyonèl CO2-a-C2 + reyalize ak GDEs, estabilite a toujou pòv akòz adezyon an fèb mekanik nan katalis la, GDL, ak kouch lyan (77, 124).Sifas kabòn nan GDL ta ka chanje soti nan idrofob nan idrofil pandan reyaksyon elektwochimik la akòz reyaksyon oksidasyon ki te fèt nan gwo potansyèl, ki mennen nan inondasyon nan GDL ak obstrue chemen difizyon CO2 (33).Pou rezoud pwoblèm sa a, chèchè yo entegre echafodaj idrofob nan polytetrafluoroethylene (PTFE) nan GDEs.Konpare ak Nafion idrofil, yon kouch PTFE idrofob rann yon estabilite siperyè alontèm (33).Sargent ak kòlèg travay yo (33) te rasanble yon katalis Cu ant PTFE separe ak NP kabòn, nan ki kouch PTFE idrofob la te kapab imobilize NP yo ak kouch grafit, konsa konstwi yon koòdone elektwòd ki estab (Fig. 8, I ak J).Kòm yon rezilta, FE a pou pwodiksyon ethylene te ogmante a 70% nan 7 M KOH solisyon nan dansite aktyèl 75 a 100 mA cm-2.Te span lavi a nan raktor koule sa a pwolonje a plis pase 150 èdtan ak pèt neglijab nan selektivite ethylene, ki se 300-pliye pi long pase GDE tradisyonèl yo, jan yo montre nan Fig. 8K.Yon estrikti sandwich sa yo te demontre yo dwe yon konsepsyon GDE ekselan.Pou egzanp, Cui ak kòlèg travay yo (124) te fèt yon estrikti trikouch ak yon kouch elektwòd aktif koupe pa de fim idrofob nanopore polyethylene.Kouch idrofob deyò yo ta ka ralanti flux elektwolit nan solisyon an esansyèl, ki mennen ale nan ki estab, segondè pH lokal alantou elektwòd la k ap travay.Optimizasyon nan espas entèlayer, ki ka amelyore transpò CO2 ak adsorption, enpòtan tou nan yon konsepsyon konsa (124).Dènyèman, nanotub kabòn yo te tou entegre nan GDE yo paske yo te gwo porosite yo, bon konduktivite, ak idrofobisite, ki ta ka fasilite elèktron ak transpò mas (77).

Malgre pwogrè yo enteresan sou ECR, estrateji pou jenerasyon pwodwi C2+ gwo-echèl ak pri ki ba yo raman prezan (125).Nan etap sa a, defi yo ak opòtinite yo konkouran pou konprann mekanis reyaksyon ECR yo ak komèsyalize teknoloji pwomèt sa a.

Kòm yon solisyon elegant pou fèmen bouk kabòn lan epi estoke enèji renouvlab tanzantan, tankou van ak solè, yo te fè pwogrè sibstansyèl pou reyalize konvèsyon CO2 efikas nan deseni ki sot pase yo.Pandan ke konpreyansyon yo genyen sou pwosesis ki asosye ak ECR te vini yon fason lontan depi kòmansman li yo (126), kouple C─C atravè ECR nan direksyon C2 + pwodwi yo toujou lwen pare pou aplikasyon pratik.Nan revizyon sa a, nou te pran yon gade detaye nan estrateji aktyèl yo ki ka ankouraje selektivite a ak to pwodiksyon pou pwodwi C2 + atravè ECR, ki gen ladan akor amann katalis, efè elektwolit, kondisyon elektwochimik, ak konsepsyon elektwòd / raktor elektwochimik.

Malgre tout efò yo te fè nan ECR, toujou genyen anpil pwoblèm ak katalis aktyèl yo ak sistèm ECR ki dwe adrese anvan komèsyalize ECR.Premyèman, kòm katalis domine a reyalize efikas C─C kouti, Cu soufri nan pwoblèm estabilite grav, espesyalman nan elektwolit akeuz, epi li ka raman siviv pou 100 èdtan akòz mobilite atòm segondè yo, agrégation patikil, ak deteryorasyon estrikti anba kondisyon ECR.Kidonk, ki jan yo reyalize estabilite alontèm lè l sèvi avèk yon katalis ki baze sou Cu se toujou yon defi ouvè.Ancrage katalis ki baze sou Cu a sou sipò espesifik ak entèraksyon fò ta ka yon estrateji serye pou prezève estrikti / mòfoloji katalis la epi konsa bay lavi amelyore.Anplis de sa, lè l sèvi avèk yon elektwolit manbràn polymère ranplase solisyon an akeuz pandan ECR ka pwobableman plis amelyore estabilite nan katalis ki baze sou Cu.Anplis de sa, nan pèspektiv nan katalis, yo ta dwe itilize teknik karakterizasyon in situ / in operando ak modèl teyorik pou kontwole ak konprann dekonpozisyon pèfòmans katalis la, kidonk, nan vire, siprime degradasyon an ak anpwazònman nan katalis nan nivo ki pi ba yo.Yon lòt pwoblèm enpòtan nan katalis ECR ki ta dwe adrese se fè pwotokòl sentèz la solid pou pwodiksyon an mas.Pou sa ka fèt, senplifye pwosedi sentetik yo lè l sèvi avèk materyo ki disponib lajman.

Dezyèmman, pwodwi C2 + oksijene soti nan ECR yo anjeneral melanje ak solute (egzanp, KHCO3 ak KOH) nan elektwolit la pou tradisyonèl H- oswa koule-selil réacteurs, ki, sepandan, mande pou separasyon siplemantè ak konsantrasyon pwosesis refè pi bon kalite solisyon gaz likid nan aplikasyon pratik.An menm tan an, idrokarbur C2 + evolye yo melanje tou ak H2 ak CO2 rezidyèl.Kidonk, yon pwosesis separasyon ki koute chè se endispansab pou teknoloji ECR aktyèl la, ki plis anpeche ECR soti nan aplikasyon pratik.Se poutèt sa, ki jan yo dirèkteman ak kontinyèlman pwodwi solisyon gaz pi bon kalite ak idrokarbur gaz pi, patikilyèman ak konsantrasyon pwodwi segondè, se trè dezirab pou deplwaman an pratik nan ECR.Nou konsa predi enpòtans k ap monte nan jenerasyon dirèk nan pwodwi pi bon kalite atravè ECR nan fiti prè, ki ka pran teknoloji a ECR pi pre mache (127).

Twazyèmman, pandan y ap fòmasyon nan C─O ak C─H obligasyon, tankou etanòl, asid acetic, ak etilèn, nan teknoloji ECR te lou etidye, eksplorasyon nan lòt kalite pwodwi enpòtan tou pou teknoloji ECR ak montre enterè ekonomik.Pou egzanp, dènyèman, Han ak kòlèg travay (128) rapòte pwodiksyon an nan 2-bromoethnol pa ECR.Fòmasyon an situ nan kosyon C─Br transfòme pwodwi a soti nan etanòl nan 2-bromoethnol, ki se yon blòk bilding enpòtan nan sentèz chimik ak pharmaceutique epi li montre pi wo valè ajoute.Kidonk, pi lwen pase aktyèl pwodwi C2 + byen etidye yo, nou kwè ke vize nan lòt pwodwi raman eksplore tankou asid oksalik (129) ak sentèz molekil C2 + pi konplèks tankou konpoze siklik se yon lòt wout pwomèt pou rechèch ECR nan lavni.

Denye men pa pi piti, nouvo elektwòd ak reyaktè desen tankou GDE ki enpèmeyab, selil likid-flux, ak selil PEM yo ta dwe lajman adopte pou ranfòse to pwodiksyon ECR a nan nivo komèsyal (> 200 mA cm-2).Sepandan, gwo diferans nan aktivite electrocatalytic toujou obsève lè electrocatalysts yo aplike nan tès selil plen.Se poutèt sa, yo ta dwe fè plis etid sistematik pou minimize diferans ki genyen ant etid mwatye selil ak aplikasyon aparèy selil plen pou pote ECR soti nan tès laboratwa a nan itilizasyon pratik.

An rezime, rediksyon CO2 elektwochimik ofri bon opòtinite pou nou fè fas ak pwoblèm anviwònman an soti nan gaz lakòz efè tèmik emèt pa aktivite imen.Li montre tou posiblite pou reyalize gaz pwòp ak pwodui chimik lè l sèvi avèk enèji renouvlab.Pandan ke anpil defi rete pou teknoloji ECR nan etap aktyèl la, espesyalman pou pwosesis la kouple C─C, yo kwè ke ak rechèch kontinye ak devlopman sou tou de optimize katalis ak pèfeksyon selil, pèspektiv nan yon mond reyèl elektwoliz CO2 pou gaz pwòp. ak pwodwi chimik yo pral reyalize nan fiti prè.

Sa a se yon atik aksè ouvè ki distribye dapre kondisyon lisans Creative Commons Attribution-NonCommercial, ki pèmèt itilizasyon, distribisyon, ak repwodiksyon nan nenpòt mwayen, toutotan itilizasyon rezilta a pa pou avantaj komèsyal epi depi travay orijinal la byen. site.

REMAK: Nou mande adrès imel ou sèlman pou moun w ap rekòmande paj la konnen ke ou te vle yo wè li, e ke se pa lapòs indésirable.Nou pa pran okenn adrès imel.

© 2020 Asosyasyon Ameriken pou Avansman Syans.Tout dwa rezève.AAAS se yon patnè HINARI, AGORA, OARE, CHORUS, CLOCKSS, CrossRef ak COUNTER.Science Advances ISSN 2375-2548.