Amarga keprihatinan lingkungan lan transisi energi, pengurangan CO2 elektrokimia (ECR) dadi bahan bakar lan bahan kimia multikarbon (C2+) tambah nilai, nggunakake listrik sing bisa dianyari, menehi solusi jangka panjang sing elegan kanggo nutup siklus karbon kanthi nambah keuntungan ekonomi uga.Nanging, kopling C─C elektrokatalitik ing elektrolit banyu isih dadi tantangan terbuka amarga selektivitas, aktivitas, lan stabilitas sing kurang.Desain katalis lan reaktor nduweni kunci kanggo ngatasi tantangan kasebut.Kita ngringkes kemajuan anyar babagan carane entuk kopling C─C sing efisien liwat ECR, kanthi penekanan ing strategi ing elektrokatalis lan desain elektroda / reaktor elektrokatalitik, lan mekanisme sing cocog.Kajaba iku, bottlenecks saiki lan kesempatan mangsa kanggo generasi produk C2 + dibahas.Kita ngarahake menehi tinjauan rinci babagan strategi kopling C─C sing paling canggih kanggo masyarakat kanggo pangembangan lan inspirasi luwih akeh babagan pangerten dhasar lan aplikasi teknologi.

Pelepasan karbon dioksida (CO2) sing berlebihan menyang atmosfer wis nyebabake akibat lingkungan sing serius lan uga menehi ancaman sing penting lan ora bisa dibatalake kanggo masyarakat manungsa (1, 2).Nalika konsentrasi CO2 atmosfer mundhak banget saka 270 ppm (bagean saben yuta) ing awal 1800s kanggo 401,3 ppm ing Juli 2015, konsensus donya ing daur ulang jejak karbon sing dipancarake dening aktivitas manungsa wis tekan (3, 4).Kanggo mujudake loop cedhak kanggo jejak karbon, siji pendekatan potensial kanggo mindhah katergantungan industri energi lan kimia saiki adoh saka bahan bakar fosil menyang sumber dianyari kayata solar lan angin (5-8).Nanging, fraksi energi saka sumber sing bisa dianyari mung diwatesi nganti 30% amarga sifate intermiten, kajaba ana pendekatan kanggo panyimpenan energi skala gedhe (9).Mula, minangka alternatif, panangkepan CO2 saka sumber titik kayata pembangkit listrik, banjur konversi dadi bahan baku kimia lan bahan bakar, luwih praktis (9-12).Pengurangan CO2 Electrocatalytic (ECR) nggunakake listrik sing bisa dianyari minangka solusi jangka panjang sing elegan amarga kahanan operasi entheng sing dibutuhake kanggo konversi, ing ngendi produk tambah nilai bisa diproduksi kanthi selektif (13).Kaya sing digambarake kanthi skema ing Gambar 1, ing proses iki, elektrolisis elektrokimia ngowahi CO2 lan banyu dadi bahan kimia lan bahan bakar sing didhukung dening listrik sing bisa dianyari.Bahan bakar sing diasilake bisa kanggo panyimpenan jangka panjang lan uga bisa disebarake utawa dikonsumsi, menehi CO2 minangka sampah utama, sing bakal dijupuk lan diunggahake menyang reaktor kanggo nutup loop.Kajaba iku, bahan kimia molekul cilik sing diasilake [contone, karbon monoksida (CO) lan formate] saka ECR bisa digunakake minangka bahan mentah kanggo sintesis kimia sing luwih rumit.

Bahan bakar lan bahan kimia bisa digayuh saka ECR kanthi siklus karbon tertutup sing didhukung dening sumber energi sing bisa dianyari kayata solar, angin, lan hidro.Rekayasa sel lan teknik katalis nduweni peran penting kanggo ningkatake selektivitas, aktivitas, lan efisiensi konversi CO2 dadi produk C2 + sing tambah nilai kanthi kapadhetan energi dhuwur.

Nanging, CO2 minangka molekul linier sing cukup stabil kanthi ikatan C═O sing kuwat (750 kJ mol−1) (14), dadi angel kanggo konversi elektrokimia.Mangkono, mbutuhake alangi aktivasi dhuwur, kang, siji, ndadékaké kanggo overpotentials pinunjul (15).Salajengipun, ECR ing elektrolit banyu nglibatake proses transfer multi-elektron/proton bebarengan karo sawetara intermediet lan produk reaksi sing beda-beda (16-18), dadi kompleks banget.Tabel 1 ngringkes setengah reaksi termodinamika elektrokimia saka produk ECR utama, kalebu CO, metana (CH4), metanol (CH3OH), asam format (HCOOH), etilena (C2H4), etanol (CH3CH2OH), lan liya-liyane, bebarengan karo potensial redoks standar sing cocog (19).Umumé, sajrone proses ECR, molekul CO2 pisanan ngalami adsorpsi lan interaksi karo atom ing permukaan katalis kanggo mbentuk *CO2−, diikuti karo transfer proton lan/utawa elektron kanthi bertahap menyang produk akhir sing beda-beda.Contone, CH4 dipercaya bisa dibentuk liwat jalur ing ngisor iki: CO2 → *COOH → *CO → *CHO → *CH2O → *CH3O → CH4 + *O → CH4 + *OH → CH4 + H2O (20).

Figure 2A ngringkes efisiensi Faradaic (FE) ing tingkat produksi beda (kapadhetan saiki) kanggo electrocatalysts ECR kacarita, kang makili selektivitas produk saka reaksi (21-43).Utamane, nalika elektrokatalis paling canggih bisa ngowahi CO2 dadi produk C1 (CO utawa formate) kanthi luwih saka 95% FE ing tingkat produksi dhuwur (> 20 mA cm−2 kanggo sel tipe H lan> 100 mA cm− 2 kanggo sel aliran) (9, 21, 22, 25, 28, 44, 45), produksi sing paling selektif (> 90%) lan produksi bahan kimia multikarbon (C2+) sing luwih akeh kasedhiya nganti saiki.Iki amarga kasunyatan sing kopling kanggo produk C2 + mbutuhake rawuh lan adsorpsi saka sawetara molekul CO2 kanggo lumahing, transformasi stepwise, lan posisi spasial (13).Kanggo spesifik, kaya sing dituduhake ing Fig. 2B, reaksi sakteruse saka *CO intermediet nemtokake produk final C2+ saka ECR.Umumé, C2H6 lan CH3COO− nuduhake perantara *CH2 sing padha, sing diasilake saka langkah transfer elektron sing digabung karo proton *CO.Protonasi luwih saka *CH2 menehi *CH3 penengah, kang ndadékaké kanggo tatanan saka C2H6 liwat *CH3 dimerization.Ora kaya generasi C2H6, CH3COO− dibentuk kanthi nglebokake CO menyang *CH2.Dimerisasi *CO minangka langkah penentu tingkat kanggo pembentukan C2H4, CH3CH2OH, lan n-propanol (n-C3H7OH).Sawise sawetara langkah transfer elektron lan protonasi, *CO─CO dimer mbentuk *CH2CHO intermediate, sing dadi langkah penentu selektivitas kanggo C2H4 lan C2H5OH.Kajaba iku, ditemokake yen ngurangi *CH2CHO dadi C2H4 nduweni penghalang energi sing luwih murah tinimbang ngowahi *CH3CHO dadi C2H5OH (46), sing bisa nerangake FE sing luwih dhuwur kanggo C2H4 liwat C2H5OH ing katalis tembaga.Salajengipun, intermediet C2 sing stabil bisa ditransfer menyang n-C3H7OH liwat sisipan CO.Jalur reaksi sing kompleks lan ora bisa dikendhaleni sajrone pambentukan kimia C2+ utamane amarga akeh permutasi menyang situs protonasi, bebarengan karo kemungkinan keterlibatan langkah nonelektrokimia (19, 47).Dadi, desain elektrokatalis sing selektif minangka prasyarat kanggo pambentukan produk C2 + tartamtu kanthi ngasilake dhuwur.Ing review iki, kita ngarahake kanggo nyorot kemajuan anyar babagan strategi ing desain elektrokatalis kanggo generasi produk C2 + selektif liwat ECR.Kita uga menehi ringkesan pangerten mekanisme sing gegandhengan.Desain elektroda lan reaktor uga bakal ditekanake kanggo nuduhake carane entuk operasi ECR sing efisien, stabil, lan gedhe.Salajengipun, kita bakal ngrembug tantangan sing isih ana lan kesempatan mbesuk kanggo konversi elektrokimia CO2 dadi bahan kimia C2 + sing tambah nilai.

(A) FE miturut tingkat produksi sing beda (kepadatan saiki) kanggo elektrokatalis ECR sing dilaporake (21-43, 130).(B) Paling kamungkinan jalur C2 + sak ECR.Direproduksi kanthi ijin saka American Chemical Society (47).

Transformasi elektrokatalitik CO2 dadi bahan bakar kimia lan bahan baku minangka teknologi potensial kanggo nggayuh siklus energi netral karbon (11).Nanging, FE saka produk C2 + isih adoh saka aplikasi praktis, ing ngendi katalis canggih ngidini produksi produk C2 kanthi sekitar 60% FE (13, 33), dene produksi C3 diwatesi kurang saka 10% FE (48, 49).Kopling reduktif saka CO2 kanggo produk C2 + mbutuhake katalis heterogen kanthi sifat morfologis lan elektronik sing koordinasi banget (50, 51).Lumahing katalitik kudu ngilangi hubungan skala antarane intermediet (47, 52, 53).Kajaba iku, kanggo entuk tatanan ikatan C─C, intermediet reaksi sing diserap ing permukaan katalis kudu cedhak karo siji liyane.Salajengipun, jalur saking perantara ingkang wiwitanipun adsorbed tumuju produk C2+ tartamtu kedah dipunkontrol kanthi sae amargi langkah-langkah transfer elektron ingkang dipunbiyantu proton.Ngelingi kerumitan dhuwur saka pengurangan CO2 menyang produk C2 +, electrocatalysts kudu kasebut kanthi teliti, ngarang kanggo nambah selektivitas.Miturut spesies penengah lan komposisi kimia, kita nggolongake produk C2+ dadi hidrokarbon multikarbon lan oksigenat (4, 54).Kanggo nyedhaki elektrokatalis sing efisien banget kanggo produksi molekul C2 + spesifik, sawetara strategi desain katalis, kayata doping heteroatom, regulasi facet kristal, paduan/dealloying, tuning status oksidasi, lan kontrol ligan permukaan, wis dituduhake (35, 41, 55-61). .Desain sing optimal kudu nimbang kanthi rasional efek kasebut lan nggedhekake keuntungan.Yen ora, pangerten apa motif situs aktif sing nyebabake prilaku katalitik sing unik bisa uga menehi cahya babagan desain katalis sing tepat kanggo kopling C─C.Mula, cara ngrancang katalis ECR kanggo produk tartamtu (hidrokarbon multikarbon lan oksigenat) lan mekanisme sing gegandhengan bakal dibahas ing bagean iki.

Hidrokarbon C2+, kayata C2H4, minangka bahan kimia nexus kanggo macem-macem industri kimia, kayata produksi polietilen (62, 63).Kajaba iku, bisa langsung digunakake minangka bahan bakar kanggo welding utawa komponen campuran ing gas alam (12).Hidrogenasi CO (sintesis Fischer-Tropsch) lan CO2 wis suwe digunakake kanggo ngasilake hidrokarbon C2+ ing skala industri nanging ditantang dening konsumsi energi sing dhuwur lan dampak lingkungan (64).Beda banget, pengurangan CO2 elektrokimia nggunakake energi sing bisa dianyari nyedhiyakake rute sing luwih resik lan luwih lestari.Usaha gedhe wis digawe kanggo ngembangake elektrokatalis sing efisien marang hidrokarbon C2+ (32, 33, 65-70).

Elektrokatalis bimetal wis diteliti sacara luas kanggo ngrusak hubungan skala sajrone konversi CO2 elektrokimia, sing bisa nyetabilake intermediate kunci lan nurunake overpotensial lan, kanthi mangkono, nambah selektivitas (71-74).Nalika seri bahan paduan kalebu Au-Cu, Ag-Cu, Au-Pd, lan Cu-Pt wis dituduhake kanggo produksi C1 efisiensi dhuwur kanthi nyetabilake intermediate kritis (73, 75), efek paduan marang pembentukan hidrokarbon C2+ katon. dadi luwih kompleks (76).Contone, ing sistem bimetallic Cu-Ag, distribusi produk bisa gampang dikontrol kanthi nyetel rasio atom permukaan Ag lan Cu (77).Sampel sing sugih Cu permukaan luwih disenengi kanggo produksi hidrokarbon, dene produk saka permukaan sing sugih Ag didominasi dening CO, nyoroti pentinge rasio atom kanggo electrocatalysts ECR alloyed.Efek geometris sing disebabake dening susunan atom lokal bisa mengaruhi kekuatan ikatan intermediet.Gewirth lan rekan kerja (36) nuduhake yen wesi Cu-Ag saka electrodeposition kontrol aditif dipamerake ~ 60% FE kanggo C2H4 ing electrolyzer aliran alkalin (Fig. 3, A lan B).Ing kasus iki, selektivitas C2H4 sing dioptimalake bisa digayuh kanthi morfologi lan tuning Ag-loading.Situs Ag dipercaya nduweni peran minangka promotor pembentukan CO sajrone ECR.Banjur, kasedhiyan optimal saka intermediate CO bisa mbantu kopling C─C ing Cu tetanggan.Kajaba iku, Ag uga bisa ningkatake pembentukan Cu2O sajrone sintesis katalis Cu-Ag (Gambar 3C), sing nyebabake efisiensi produksi C2H4.Sinergi iki mbukak kemungkinan anyar kanggo ngembangake katalis kopling C─C.Salajengipun, pola campuran logam sing beda ing sistem campuran uga bisa nemtokake distribusi produk ECR.Nggunakake campuran Pd-Cu minangka conto (Fig. 3D), Kenis lan rekan kerja (71) nuduhake yen katalis Pd-Cu sing dipisahake fase bisa menehi selektivitas paling dhuwur (~ 50%) kanggo C2H4 dibandhingake karo urutan lan ora teratur. mitra.Miturut téori d-band, biasane, logam transisi kanthi pusat d-band ngisor nuduhake ikatan sing luwih lemah saka intermediet sing diasilake in situ ing permukaan logam (78).Nalika paduan Pd-Cu sing dipisahake fase nuduhake selektivitas katalitik lan aktivitas sing padha kanggo CO karo nanopartikel Cu (NPs), menehi kekuatan ikatan sing beda banget marang intermediet kanthi tuning Pd.Kaya sing dituduhake ing Fig. 3E, alloy Cu-Pd sing dipisahake fase nuduhake pusat d-band sing paling murah, dene Cu NP paling dhuwur.Iki nuduhake yen alloy Cu-Pd sing dipisahake fase nduweni kekuatan ikatan paling murah kanggo intermediate CO.Pengamatan iki nuduhake yen efek geometris lan struktur bisa uga nduweni peran sing luwih gedhe tinimbang efek elektronik kanggo ningkatake selektivitas hidrokarbon ing kasus alloy Cu-Pd sing dipisahake fase.Nganti saiki, mung tembaga murni utawa paduan basis tembaga sing nuduhake selektivitas lan aktivitas sing unggul kanggo ngurangi elektrokimia CO2 dadi C2 + hidrokarbon.Mangkono, perlu banget kanggo ngembangake elektrokatalis novel kanggo produksi hidrokarbon C2 + saka ECR.Diilhami dening hidrogenasi CO2, panaliten awal nuduhake yen campuran Ni-Ga kanthi fase beda bisa digunakake kanggo generasi C2H4 (79).Iki nuduhake yen film Ni5Ga3 bisa nyuda CO2 dadi C2H4 lan etana (C2H6).Sanajan FE menyang hidrokarbon C2 + kurang saka 5%, bisa uga mbukak garis anyar kanggo screening elektrokatalis menyang kopling C─C adhedhasar efek campuran.

(A nganti C) Katalis bimetal Cu-Ag sing digawe dening elektrodeposisi sing dikontrol aditif: (A) mikroskop elektron scanning (SEM) kawat Cu, poli Cu-Ag, lan kawat Cu-Ag lan (B) C2H4 FE sing cocog.(C) EXAFS nuduhake yen kawat Cu-Ag dicampur homogen lan Cu (I) oksida ditampilake.(A) nganti (C) direproduksi kanthi ijin saka American Chemical Society (36).(D lan E) Katalis Cu-Pd kanthi pola campuran sing beda-beda: (D) Ilustrasi, gambar mikroskop elektron transmisi (TEM), lan peta unsur spektroskopi dispersif energi saka paduan Cu-Pd sing diurutake, ora teratur, lan fase dipisahake lan (E). ) spektrum fotoemisi pita valensi permukaan lan pusat pita d (garis vertikal) paduan Cu-Pd relatif marang tingkat Fermi.(D) lan (E) direproduksi kanthi ijin saka American Chemical Society (71).au, unit sembarang.

Saliyane efek alloy, manipulasi negara oksidasi minangka prinsip utama liyane kanggo nyetel kinerja electrocatalysts, sing bisa mengaruhi struktur elektronik lokal materi kasebut.Conto pisanan kanggo tuning status oksidasi katalis yaiku nggunakake bahan sing asale saka oksida.Spesies oksigen residual ing permukaan utawa subsurface katalis sawise reduksi in situ bisa ngatur kahanan oksidasi pusat logam.Contone, Cu teroksidasi plasma nuduhake luwih saka 60% selektivitas menyang C2H4, sing dianggep minangka Cu + tahan reduksi (37).Kanggo mesthekake yen Cu + minangka parameter kunci kanggo selektivitas etilena dhuwur, kita nindakake eksperimen kontrol nggunakake plasma sing beda (Fig. 4A).Spektroskopi panyerepan sinar-x in situ luwih nuduhake yen sisa oksida ing lapisan permukaan (sub) stabil marang kondisi reduksi, kanthi jumlah spesies Cu+ sing isih ana sawise 1 jam reduksi kanthi potensial dhuwur −1.2 V versus reversibel. hidrogen elektroda (RHE).Salajengipun, electroredeposition saka tembaga saka sol-gel tembaga oxychloride diverifikasi maneh sing lumahing stabil spesies Cu + bisa nambah selektivitas C2H4 (61).Kahanan oksidasi katalis tembaga ing macem-macem potensial sing ditrapake dilacak kanthi nggunakake spektroskopi penyerapan sinar-x sing wis dirampungake wektu.Langkah transisi awal saka Cu2+ kanggo Cu+ cepet banget;Nanging, pangurangan elektrokimia luwih saka spesies Cu+ dadi Cu0 luwih alon.Kira-kira 23% spesies Cu + tetep sanajan sawise 1 jam ngurangi konstan ing -1,2 V versus RHE (Gambar 4B).Panaliten mekanis ngandhakake yen antarmuka antara Cu + lan Cu0 nyebabake daya tarik elektrostatik antarane intermediet amarga atom C saka *CO@Cu+ bermuatan positif, dene *CO@Cu0 bermuatan negatif (80), sing banjur ningkatake Pembentukan ikatan C─C lan kanthi mangkono ngasilake hidrokarbon C2+.Saliyane bahan sing asale saka oksida, tembaga nitrida (Cu3N) uga digunakake kanggo nggayuh spesies Cu + permukaan (sub) kanggo nyuda penghalang energi dimerisasi *CO (81).Kajaba iku, dibandhingake karo Cu sing asalé saka oksida, spesies Cu + sing asalé saka Cu3N malah luwih stabil (Gambar 4C).Akibaté, katalis tembaga sing asalé saka nitrida nuduhaké FE 39 ± 2% kanggo C2H4, ngluwihi Cu murni (~23%) lan Cu sing asalé saka oksida (~28%).Analog karo sistem katalitik Cu+/Cu sing kasebut ing ndhuwur, boron wis digunakake minangka dopan heteroatom kanggo ngenalake lan nyetabilake Cuδ+ (41).Kahanan oksidasi rata-rata tembaga bisa dikontrol saka +0,25 nganti +0,78 kanthi ngganti konsentrasi dopan boron.Kapadhetan sing digambarake nuduhake yen elektron ditransfer saka tembaga menyang boron, sing ndadékaké menyang situs tembaga sing muatan positif dopan.Tembaga boron-doped nuduhake energi formasi tambah *CHO penengah lan, kanthi mangkono, nyuda jalur reaksi menyang produk C1.Kajaba iku, bisa nambah selektivitas menyang hidrokarbon multikarbon kanthi ngurangi *energi reaksi dimerisasi CO (Gambar 4D).Kanthi ngoptimalake kahanan oksidasi permukaan rata-rata tembaga, C2 FE dhuwur saka ~ 80% karo ~ 53% C2H4 bisa digayuh miturut negara oksidasi tembaga rata-rata +0.35 (Fig. 4E).Nganti saiki, situs aktif ing tembaga wis diidentifikasi minangka Cu0, Cuδ +, lan / utawa antarmuka kanggo ECR ing studi sing beda-beda (39, 41, 42, 81, 82).Nanging, apa situs sing aktif isih dibahas.Nalika katalis Cuδ+ sing diakibatake doping heteroatom wis dituduhake aktif banget kanggo ECR marang produk C2+, efek sinergis saka cacat lan antarmuka sing digawe bebarengan uga kudu dianggep.Mula, karakterisasi operando sing sistematis kudu dikembangake kanggo ngenali pusat aktif ing permukaan tembaga lan ngawasi potensial transformasi in situ saka situs aktif ing kahanan reaksi.Kejabi, stabilitas tembaga sing diisi positif minangka masalah liyane ing kahanan pengurangan elektrokimia.Cara nyintesis katalis karo situs Cuδ+ sing stabil tetep dadi tantangan.

(A) Ringkesan selektivitas C2H4 saka katalis tembaga sing diaktifake plasma beda.Direproduksi kanthi ijin saka Nature Publishing Group (37).Skala bar, 500 nm.(B) Rasio oksidasi Cu relatif marang wektu reaksi ing −1,2 V lawan RHE ing tembaga electroredeposited.Direproduksi kanthi ijin saka Nature Publishing Group (61).(C) Rasio spesies Cu+ kanthi fungsi wektu reaksi ing −0,95 V lawan RHE ing Cu-on-Cu3N utawa Cu-on-Cu2O.Direproduksi kanthi ijin saka Nature Publishing Group (81).(D) Doping boron bisa ngganti energi adsorpsi rata-rata CO ing permukaan tembaga lan nyuda energi dimerisasi CO─CO.1[B], 2[B], 3[B], 4[B], lan 8[B] nuduhake konsentrasi doping boron subsurface ing katalis tembaga, yaiku 1/16, 1/8, 3/ 16, 1/4, lan 1/2, mungguh.(E) Hubungan antarane negara oksidasi lan FE saka produk C2 utawa C1 ing katalis tembaga boron-doped.(D) lan (E) direproduksi kanthi ijin saka Nature Publishing Group (41).(F) gambar SEM saka foil tembaga karo kekandelan beda film Cu2O sadurunge (ndhuwur) lan sawise (ngisor) ECR.Direproduksi kanthi ijin saka American Chemical Society (83).

Saliyane struktur elektronik, bahan sing asale saka oksida uga bisa nyebabake morfologi utawa evolusi struktur sajrone proses reduksi in situ.Saka perspektif morfologi utawa struktur, kinerja elektrokimia sing ditingkatake saka elektrokatalis sing asalé saka oksida wis digandhengake karo pambentukan wates, pinggir, lan langkah-langkah butir aktif (83-85).Yeo lan rekan kerja (83) kacarita kopling C─C selektif ing film Cu2O electrodeposited karo kekandelan beda (Fig. 4F).Spektroskopi Raman in situ ngandhakake yen permukaan film Cu2O dikurangi dadi Cu0 metalik sing stabil sajrone ECR (83).Akibaté, Cu0 metalik wis dikonfirmasi minangka pusat aktif katalitik tinimbang spesies Cu + utawa antarmuka Cu + / Cu0.Ing proses ngurangi Cu2O kanggo metallic Cu0, lumahing katalis kamungkinan kanggo in situ mbentuk undhak-undhakan, sudhut, lan terraces.Dipuntedahaken bilih undhak-undhakan lan pinggiran ingkang kawangun langkung aktif tinimbang teras, asalipun saking ikatanipun ingkang langkung kuat kaliyan *CO, ingkang saged nghidrogenasi *CO dados *CHO utawi *CH2O.Kajaba iku, atom Cu pinggir minangka promotor kanggo ngedongkrak pembentukan *CHO lan *CH2O.Karya sadurunge nyaranake manawa *CHO lan *CH2O intermediet luwih disenengi kanggo kopling C─C tinimbang *CO ing kinetika (86).Kanthi ngatur morfologi permukaan, energi chemisorption saka intermediet *CHO lan *CH2O bisa dioptimalake.Ing panliten iki, penulis nemokake yen FE saka C2H4 mudhun saka 40 dadi 22% nalika nambah kekandelan film tipis Cu2O saka 0,9 nganti 8,8 μm.Iki amarga konsentrasi Cu terkoordinasi kurang sing tambah kanthi nambah kekandelan Cu2O.Atom-atom sing ora koordinasi iki bisa banget ikatan karo H lan, kanthi mangkono, luwih disenengi kanggo evolusi hidrogen tinimbang kopling C─C.Karya iki nuduhake yen katalis tembaga sing asale saka oksida bisa ningkatake selektivitas C2H4 kanthi signifikan liwat rekonstruksi morfologi permukaan tinimbang ngenalake spesies Cuδ+ sing diisi.Nganggo katalis sing asalé saka oksida, etana (C2H6) uga wis diprodhuksi sacara selektif kanthi bantuan palladium(II) klorida (PdCl2) aditif ing elektrolit (34).Iki nuduhake yen PdClx adsorbed ing permukaan Cu2O-turunan Cu nduweni peran penting kanggo evolusi C2H6.Secara khusus, CO2 pisanan dikurangi dadi C2H4 ing situs Cu aktif sing asale saka Cu2O, banjur C2H4 sing dibentuk bakal dihidrogenasi kanthi bantuan PdClx sing diserap kanggo ngasilake C2H6.FE saka C2H6 mundhak saka <1 dadi 30,1% kanthi bantuan PdCl2.Karya iki nuduhake yen kombinasi katalis ECR lan aditif elektrolit sing ditemtokake kanthi apik bisa mbukak kesempatan anyar kanggo generasi produk C2 + tartamtu.

Morfologi lan / utawa regulasi struktur nggambarake strategi alternatif liyane kanggo modulasi selektivitas lan aktivitas katalitik.Ngontrol ukuran, wangun, lan facet katalis sing kapapar wis akeh dituduhake kanggo perbaikan kinerja ECR (58, 87, 88).Contone, facet Cu(100) sacara intrinsik luwih disenengi kanggo generasi C2H4, dene produk sing didominasi saka katalis Cu(111) yaiku metana (CH4) (87).Ing panaliten babagan nanocrystals Cu kanthi macem-macem wujud lan ukuran, Buonsanti lan rekan kerja (58) ngandhakake katergantungan ukuran nonmonotonic saka selektivitas C2H4 ing nanocrystals tembaga berbentuk kubus (Gambar 5A).Intrinsik, nanocrystals Cubic Cubic nuduhake aktivitas lan selektivitas C2H4 sing luwih dhuwur tinimbang nanocrystals Cu spherical amarga dominasi facet (100).Ukuran kristal Cubic sing luwih cilik bisa menehi aktivitas sing luwih dhuwur amarga konsentrasi situs permukaan sing kurang koordinasi, kayata sudhut, langkah, lan kinks.Nanging, kemisorpsi sing luwih kuat saka situs sing koordinasi kurang diiringi selektivitas H2 lan CO sing luwih dhuwur, nyebabake FE hidrokarbon sakabèhé luwih murah.Ing tangan liyane, rasio situs pinggiran kanggo situs pesawat melorot karo Tambah ing ukuran partikel, kang uga mengaruhi kinerja produksi C2H4.Penulis nuduhake yen nanocubes tembaga ukuran menengah kanthi dawa pinggiran 44-nm nampilake selektivitas C2H4 sing paling dhuwur amarga keseimbangan sing dioptimalake antarane ukuran partikel lan kerapatan situs pinggir.Salajengipun, morfologi uga bisa mengaruhi pH lokal lan transportasi massa sajrone ECR.Wis dibuktekake manawa pH lokal sing dhuwur ing sacedhake permukaan katalis, sing disebabake dening OH− sing digawe ing situ, nyuda jalur reaksi sing melu proton.Akibaté, pembentukan hidrokarbon C2+ liwat *CO dimerisasi bisa ditingkatake, lan CH4 sing dibentuk liwat *COH intermediate bisa dicegah.Susunan kawat nano tembaga (Gambar 5B) wis dituduhake kanggo entuk pH lokal sing tambah (68).Minangka elektrolit sing umum digunakake, larutan kalium bikarbonat (KHCO3) jenuh CO2 bakal cepet netralake OH- (HCO3− + OH− = CO32− + H2O) lokal lan ngurangi pH lokal.Kanthi struktur mikro sing elongated, panyebaran HCO3− menyang susunan kawat nano Cu bisa wae dirusak supaya efek netralisasi kanggo OH- lokal bakal ditindhes nganti sawetara derajat.Ing basis saka prinsip padha, tembaga bolong karo mesopores kontrol sabenere (Fig. 5C) nuduhake FE meningkat kanggo produksi C2H4 utawa C2H6 (32).Iki nuduhake yen pH lokal ing permukaan elektroda bisa ditambah kanthi nyepetake lebar pori, nyebabake nyuda produk C1 FE lan produk FE C2 sing ditingkatake.Kajaba iku, kanthi nambah ambane pori, produk reduksi utama bisa disetel saka C2H4 dadi C2H6.FE saka C2H6 nganti 46%.Wiwit bahan kimia wis dibuwang ing pori-pori sajrone ECR, wektu retensi sing suwe saka intermediet utama sing disebabake dening pori-pori sing luwih jero wis diterangake minangka alasan utama kanggo selektivitas dhuwur menyang hidrokarbon C2 jenuh.CuI-asalé Cu nanofibers uga nuduhake selektivitas dhuwur menyang C2H6 (FE = 30% ing -0.735 V versus RHE) (89).Morfologi anisotropik lan kekasaran permukaan sing dhuwur saka Cu nanofibers sing asale saka CuI bisa nambah efisiensi trapping saka H2 sing diserap lan kanthi mangkono nambah FE saka C2H6.

(A nganti C) Morfologi utawa efek struktur.(A) Kapadhetan atom (sumbu kiwa) lan rasio atom ing situs pinggiran (Nedge) kanggo atom ing bidang (100) (N100) (sumbu tengen) ing relevansi kanggo dawa pinggiran (d).Direproduksi kanthi ijin saka John Wiley and Sons (58).(B) Skema morfologi nyebabake owah-owahan pH.Direproduksi kanthi ijin saka John Wiley and Sons (68).(C) Selektifitas produk tembaga mesopore kanthi ukuran lan kedalaman pori sing beda.Direproduksi kanthi ijin saka John Wiley and Sons (32).(D nganti H) Efek ligan.(D lan E) ECR ing nanowire tembaga (Cu NW) karo macem-macem asam amino (D) utawa modifiers (E) ing −1.9 V. Reproduced karo ijin saka Royal Society of Chemistry (35).(F) Tingkat produksi C2H4 ing elektrolit halida sing beda karo potensial adsorpsi sing beda ing Cu(35).Direproduksi kanthi ijin saka American Chemical Society (91).NHE, elektroda hidrogen normal.(G) FE saka C2H4 lan CO ing konsentrasi beda KOH elektrolit lan (H) Tafel slope saka C2H4 ing konsentrasi beda KOH elektrolit.(G) lan (H) direproduksi saka American Association for the Advancement of Science (AAAS) (33).

Modifikasi lumahing katalis nggunakake molekul cilik minangka strategi liyane sing kondhang kanggo nambah kinerja elektrokimia ECR.Strategi iki bisa mengaruhi lingkungan mikro ing cedhak permukaan katalis, sing bisa nyetabilake intermediet kunci amarga interaksi antarane ligan permukaan lan intermediate.Amine wis dilaporake minangka modifier kanggo promosi ECR (35).Maneka warna asam amino, kalebu glisin (Gly), dl-alanine (Ala), dl-leucine (Leu), dl-tryptophan (Tyr), dl-arginine (Arg), lan dl-tryptophan (Trp), wis diteliti kanggo sinau efek ing nanowires tembaga (35).Kaya sing dituduhake ing Gambar 5D, kabeh ligan adhedhasar asam amino bisa ningkatake selektivitas hidrokarbon C2+.Peningkatan kasebut nuduhake manawa gugus fungsi ─COOH lan ─NH2 ing asam amino bisa uga tanggung jawab kanggo nambah selektivitas ECR.Laporan sadurunge nggambarake yen adsorpsi asam amino ing permukaan Cu diraih liwat gugus ─COOH lan ─NH2 (35, 90).Asam stearat (C17H35COOH, RCO2H), sing mung ngandhut gugus ─COOH, dipilih kanggo ngenali peran ─COOH.Modifiers liyane, kayata uyah diazonium a-antrakuinon (AQ), uyah o-nitrobenzene diazonium (PhNO2), lan dodecyl mercaptan (C12H25SH, RSH), sing ora ngemot gugus ─COOH utawa ─NH2, uga diselidiki.Nanging, kabeh mau ora positif kanggo perbaikan FE hidrokarbon C2+ (Gambar 5E).Petungan teoretis nuduhake yen gugus ─NH3+ ing glisin zwitterionik adsorbed bisa nyetabilke *CHO penengah amarga interaksi sing kuat, kayata ikatan hidrogen.Introduksi ion halida menyang elektrolit minangka cara liya kanggo ngowahi katalis (91, 92).Kaya sing dituduhake ing Fig. 5F, tingkat produksi C2H4 ing Cu sing diaktifake plasma bisa tambah akeh kanthi bantuan aditif halida.Dituduhake yen ion I− luwih aktif tinimbang Br− lan Cl−, sarujuk karo energi adsorpsi sing cocog saka I−, Br−, lan Cl− ing aspek Cu(100) (91).Saliyane halida, ion hidroksida uga nuduhake efek positif marang selektivitas C2H4.Bubar, Sargent lan rekan kerja (33) nglaporake konversi CO2-to-C2H4 kanthi ~ 70% FE nggunakake elektrolit kalium hidroksida (KOH) (nganti 10 M) ing sel aliran.Kaya sing dituduhake ing Fig. 5G, potensial wiwitan CO lan C2H4 ing 10 M KOH elektrolit luwih murah tinimbang ing 1 M KOH.Salajengipun, lereng Tafel (Fig. 5H) tatanan C2H4 suda kanthi paningkatan konsentrasi hidroksida (135 mV dasawarsa-1 ing 1 M KOH lan 65 mV dasawarsa-1 ing 10 M KOH), nyaranake transmutasi tingkat sakabèhé- nemtokake langkah.Asil saka teori fungsional Kapadhetan (DFT) mbuktekake manawa anane hidroksida pekat bisa ngedhunake energi ikat saka intermediate CO lan uga nambah ketidakseimbangan muatan antarane rong atom karbon ing intermediet OCCO adsorbed.Akibaté, OCCO penengah bakal luwih stabil liwat daya tarik dipole kuwat, anjog kanggo ngurangi alangi energi aktivasi kanggo CO dimerization, kang banjur bakal nambah kinerja sakabèhé.

Oksigenat C2+ kayata etanol (CH3CH2OH) minangka kategori utama liyane produk ECR sing larang regane.Sintesis industri etanol minangka proses intensif energi, sing uga ngonsumsi etilena utawa bahan baku pertanian sing akeh banget (40).Mangkono, produksi electrocatalytic saka etanol utawa oxygenates C2 + liyane saka CO2 ndadekake akèh pangertèn ekonomi lan lingkungan.Wiwit generasi etanol saka ECR nuduhake penengah penultimate karo C2H4 yaiku *C2H3O (43), hidrogenasi selektif saka perantara iki bisa ngoper jalur ECR saka C2H4 dadi alkohol (64).Nanging, ing umume sistem, selektivitas menyang oksigenat C2+ luwih murah tinimbang hidrokarbon (31, 37, 39, 41, 42, 67).Mangkono, ing bagean iki, kita bakal nyorot strategi desain elektrokatalis sing bisa nggayuh FE oksigen C2 + sing nyengsemake luwih saka 25%.

Kaya sing wis dibahas ing ndhuwur, katalis bimetal sing dirancang kanthi apik bisa ningkatake selektivitas lan aktivitas kanggo produksi hidrokarbon C2+.Strategi sing padha nanging ora padha uga wis digunakake kanggo nambah kinerja elektrokatalitik kanggo C2 + oxygenates (38, 93, 94).Contone, katalis Cu-Cu2O sing digabungake karo Ag nuduhake selektivitas etanol sing bisa disetel, lan FE etanol paling dhuwur yaiku 34,15% (95).Watesan biphasic ing paduan Ag-Cu campuran fase, tinimbang rasio atom Ag / Cu, diidentifikasi minangka faktor kunci kanggo produksi etanol sing selektif.Amarga situs Cu cedhak banget karo situs Ag kanthi pola campuran fase (Ag-Cu2OPB), tingkat pembentukan intermediet etanol kanggo sampel campuran fase bisa dipromosikan dibandhingake karo sing dipisahake fase (Ag-Cu2OPS). ), ndadékaké kinerja generasi etanol sing luwih apik.Saliyane etanol, Cu-Ag bimetallic NPs uga wis dituduhake kanggo ngowahi CO2 dadi asetat kanthi tambahan benzotriazole (93).Ing −1.33 V versus RHE, FE saka asetat yaiku 21.2%.Rong jalur reaksi bisa diusulake ing kasus iki: Siji adhedhasar dimerisasi CO, lan siji liyane yaiku nalika nglebokake CO, nyoroti peran kritis pembentukan perantara CO ing situs Ag aktif.Pengamatan sing padha dilapurake ing katalis Cu-Zn (Gambar 6, A lan B) kanggo produksi etanol (38).Kanthi nyetel isi Zn ing katalis paduan Zn-Cu, rasio etanol lawan C2H4 FE bisa dikontrol kanthi apik ing kisaran 0,48 nganti 6, nuduhake pentinge situs sing berkembang CO kanggo pembentukan oksigenat C2+.Pembentukan katalis paduan bisa nyebabake efek regangan ing materi matriks, sing kadhangkala ora dikarepake.Dadi, rute langsung menyang katalis bimetal bisa uga luwih cocog kanggo sawetara produk target.Jaramillo lan rekan kerja (96) mbangun sistem bimetal Au-Cu sing disederhanakake, disintesis kanthi deposisi langsung NP emas menyang foil Cu polikristalin, kanggo neliti efek katalisis tandem.Au-Cu bimetallic mameraken selektivitas sinergis lan aktivitas marang C2 + alkohol, outperforming tembaga murni lan emas, lan Au-Cu alloy.Dibandhingake karo foil Cu, sistem Au-Cu bimetallic nuduhake konsentrasi CO lokal tambah amarga ana Au NPs (Fig. 6C) sing aktif kanggo generasi CO.Amarga emas ora aktif kanggo reduksi CO, tingkat produksi alkohol C2+ sing ditingkatake ing katalis bimetal Au-Cu dianggep minangka mekanisme katalisis tandem.Khusus, NP emas bisa ngasilake konsentrasi CO lokal sing dhuwur ing cedhak permukaan Cu.Sabanjure, molekul CO lokal sing akeh banget bisa dikurangi dadi alkohol C2+ dening Cu.

(A nganti C) Efek paduan.(A) FE maksimum etanol lan C2H4 lan rasio FE etanol lan etilena ing macem-macem wesi Cu-Zn.(B) Kapadhetan saiki parsial etanol ing macem-macem wesi Cu-Zn.(A) lan (B) direproduksi kanthi ijin saka American Chemical Society (38).(C) Reduksi CO2 lan tingkat evolusi CO ing emas, tembaga, lan sistem bimetal Au-Cu.Direproduksi kanthi ijin saka Nature Publishing Group (96).(D kanggo L) Morfologi utawa efek struktur.(D) Ilustrasi skematis metode siklus ion logam.(E lan F) gambar SEM saka 100-siklus Cu sadurunge (E) lan sawise (F) prereduction ing kahanan ECR.(G) TEM lan difraksi elektron area sing dipilih nyaranake yen Cu(100) dipapar lan energi bebas (H) kanggo *OCCO lan *OCCHO formasi ing aspek Cu(100), Cu(111), lan Cu(211).(D) nganti (G) direproduksi kanthi ijin saka Nature Publishing Group (42).(I) Rasio oksigenat lan hidrokarbon minangka fungsi potensial ing Cu(111), Cu(751), lan Cu(100).(J) Angka koordinasi kanggo Cu(111), Cu(100), lan Cu(751).(I) lan (J) direproduksi kanthi ijin saka National Academy of Sciences (97).(K) Skema proses transformasi saka Cu NPs dadi tembaga kaya kubik.Direproduksi kanthi ijin saka Akademi Ilmu Pengetahuan Nasional (98).(L) Gambar SEM saka tembaga nanodendritik sadurunge lan sawise ECR.Direproduksi kanthi ijin saka American Chemical Society (99).

Eksposur selektif aspek kristal kanggo electrocatalysts wis dituduhake minangka pendekatan sing efektif lan langsung kanggo nggayuh FE sing ditingkatake menyang produk ECR tartamtu lan cara sing penting kanggo pemahaman dhasar.Sintesis katalis kristal tunggal sing prasaja nanging bisa diukur minangka tantangan.Diilhami dening prosedur charging-discharging (GCD) galvanostatic kanggo baterei, klompok kita ngembangake metode siklus ion logam (Fig. 6D) kanthi selektif mbukak facet kristal saka katalis Cu (42).Sawise 100 siklus GCD, susunan Cu nanocube padhet kawangun ing foil Cu karo kapapar (100) facets (Fig. 6, E kanggo G).Katalis 100-siklus nampilake FE alkohol C2+ sakabèhé luwih saka 30% lan kapadhetan arus alkohol C2+ sing cocog luwih saka 20 mA cm−2.Nanging, 10-siklus Cu karo rasio ngisor saka (100) facet mung nawakake C2 + alkohol FE saka ~ 10%.simulasi DFT dikonfirmasi sing Cu (100) lan stepped (211) facets luwih sarujuk kanggo C─C kopling liwat Cu (111), minangka ditampilake ing Fig. 6H.A katalis model, film Cu epitaxial karo facets kapapar beda, wis digunakake kanggo nemtokake motif situs aktif menyang produksi C2 + oxygenate (Fig. 6I) (97).Amarga sacara statistik kurang kamungkinan kanggo dimer CO* sing cedhak karo atom H* ing permukaan karo tetanggan sing luwih sithik, situs Cu sing koordinat luwih murah bisa nyuda pembentukan hidrokarbon lan nyebabake FE oksigenat C2+ sing luwih apik amarga luwih angel dihidrogenasi. C─C digandhengake karo intermediet ECR ing permukaane (97).Ing studi film Cu epitaxial, penulis ngonfirmasi yen ECR ing aspek Cu (751) nuduhake rasio oksigenat / hidrokarbon sing luwih apik.Peningkatan iki bisa diarani geometri atom Cu permukaan saka aspek Cu sing beda-beda lan nomer koordinat rata-rata ngisor sing cocog (Gambar 6J), ing ngendi atom Cu koordinasi, kanthi loro, papat, lan enem tetanggan sing paling cedhak ing Cu(751), Cu(100), lan Cu(111).Rekonstruksi morfologi in situ uga wis digunakake kanggo nambah C2+ oxygenate FE.Katalis Cu kaya kubus aktif dikembangake dening Yang lan rekan kerja (98), sing nuduhake kinerja kopling C─C sing luwih apik.Secara rinci, monodisperse Cu NPs (6,7 nm) kanthi beban sing beda-beda disimpen ing dhukungan kertas karbon minangka katalis kanggo ECR.Temenan, tambah FE saka C2 + oxygenates diamati kanthi nambah beban Cu NP.Dituduhake yen Cu NPs padhet dikempalken ing kahanan loading dhuwur ngalami transformasi morfologis in situ sak ECR, kang morfologi kubus-kaya pungkasan kawangun (Fig. 6K).Struktur sing mentas dibentuk iki ditemokake luwih aktif kanthi elektrokatalitik.Analisis Tafel nyaranake yen dimerisasi CO minangka langkah penentu tingkat kanggo pembentukan produk C2, dene n-propanol nuduhake jalur diskrit ing sistem katalitik iki.Tembaga nanodendritik minangka conto liyane sing nuduhake pentinge kontrol morfologi kanggo produksi oksigen C2 + (99).Sedhela, total FE saka nanodendrite tembaga sing ditetepake kanthi apik (Gambar 6L) kanggo alkohol C2 + kira-kira 25% ing −1.0 V lawan RHE.FE n-propanol sing nyengsemaken saka 13% bisa digayuh ing -0,9 V. Ngelingi aktivitas dhuwur saka atom Cu, katalis basis tembaga tansah nandhang sangsara marga saka degradasi struktural sak ECR, utamané ing overpotential dhuwur, kang, siji, ndadékaké kanggo miskin. stabilitas.Nanging, tembaga nanodendritik kasebut nuduhake stabilitas sing apik kanggo produksi alkohol, nuduhake FE alkohol ~ 24% sajrone 6 jam.

Cacat saka electrocatalysts, kayata lowongan atom lan dopants, nuduhake kamungkinan adsorbing intermediet ECR unconventional lan, kanthi mangkono, selektif nambah pathway cocog menyang oxygenates (29, 43, 100).Njupuk *C2H3O minangka conto, kang potensial penengah penultimate kanggo produksi etilena lan etanol, Sargent lan rekan kerja (43) sinau peran cacat ing electrocatalyst Cu cangkang inti kanthi rinci.Padha sacara teoritis nuduhake yen alangan energi reaksi kanggo pembentukan etilena lan etanol padha ing tahap kopling C─C awal (overpotensial 0,5-V) (Gambar 7A).Ing kahanan kaya mengkono, introduksi saka lowongan tembaga rada nambah alangi energi kanggo tatanan etilena, nanging ora nuduhake pengaruh ing generasi etanol (Fig. 7B).Nanging, kaya sing dituduhake ing Fig. 7C, katalis tembaga kanthi kekosongan lan dopan belerang ing ngisor permukaan bisa nambah penghalang energi kanggo rute etilena kanthi signifikan, saéngga sacara termodinamika ora nguntungake.Nanging, modifikasi kasebut nuduhake efek sing bisa diabaikan ing jalur etanol.Fenomena iki luwih diverifikasi kanthi eksperimen.A inti-Cangkang kabentuk Cu2S-Cu karo lowongan lumahing KALUBÈRAN (Cu2S-Cu-V; Fig. 7D) iki disintesis.Rasio alkohol kanggo etilena mundhak saka 0,18 ing Cu NPs gundhul kanggo 0,34 ing kosong kosong Cu2S-Cu lan banjur kanggo 1,21 ing Cu2S-Cu-V, sanajan total FE produk C2 + kanggo kabeh katalis tetep padha (Fig. 7E) .Pengamatan iki nuduhake yen promosi selektivitas alkohol digandhengake karo penindasan produksi etilena, konsisten karo asil DFT.Kajaba iku, teknik cacat nduweni peran sing luwih penting kanggo katalis karbon tanpa logam amarga bahan karbon murni ora aktif kanggo ECR.Dopan kayata nitrogen lan boron wis digunakake kanggo ngowahi struktur elektronik saka katalis berbasis karbon (31, 43, 100).Contone, film nanodiamond (NDD) nitrogen-doped ing substrat silikon dialihake dening Quan et al.(29) kanggo produksi asetat selektif saka ECR (Fig. 7F).Potensi onset asetat kurang saka −0.36 V versus RHE nggunakake katalis NDD, lan FE kanggo asetat luwih saka 75% ing sawetara potensial saka -0.8 kanggo -1.0 V versus RHE.Kanggo ngerti asal saka asil dandan nyengsemaken, NDD / Si elektroda karo isi nitrogen beda utawa spesies nitrogen padha disiapake lan diselidiki (Fig. 7G).Penulis nyimpulake yen kinerja unggul katalis NDD / Si kanggo ECR bisa disebabake overpotensial dhuwur kanggo evolusi hidrogen lan doping N, ing ngendi spesies N-sp3C aktif banget kanggo produksi asetat.Data elektrokinetik lan spektrum infra merah in situ ngandhakake yen jalur utama pembentukan asetat bisa uga CO2 → *CO2− → *(COO)2 → CH3COO−.Saliyane nitrogen, boron minangka heteroatom liyane sing diteliti kanthi apik kanggo ngatur struktur elektronik nanodiamond.Nanging, boron-doped nanodiamond (BDD) preferentially suda CO2 kanggo formaldehida utawa formate (101).Salajengipun, Quan lan rekan kerja (102) nduduhake yen boron lan nitrogen co-doped nanodiamond (BND) nuduhake efek sinergis ing ECR, sing bisa ngatasi watesan BDD lan banjur ngasilake etanol kanthi selektif.BND1, BND2, lan BND3 katalis karo isi nitrogen beda lan tingkat doping boron padha disiapake.Kaya sing dituduhake ing Fig. 7H, selektivitas paling dhuwur saka etanol nganti 93% bisa digayuh ing katalis BND3 ing −1.0 V versus RHE, sing nduweni doping nitrogen paling dhuwur.Pitungan teoretis nggambarake proses kopling C─C ing BND kanthi termodinamika, ing ngendi atom boron ningkatake panangkepan CO2 lan dopan nitrogen nggampangake hidrogenasi intermediet menyang etanol.Senajan nanodiamond-doped heteroatom bisa ngowahi CO2 dadi oksigenat multikarbon kanthi selektivitas dhuwur, aktivitas ECR winates banget amarga proses transfer muatan sing alon (kapadhetan saiki kurang saka 2 mA cm−2).Materi adhedhasar graphene bisa dadi solusi potensial kanggo ngatasi kekurangan katalis berbasis berlian.Secara teoritis, situs N piridinik pinggiran ing lapisan graphene wis dijupuk minangka situs aktif kanggo kopling C─C (103).Iki amarga kasunyatan manawa ana piridin N ing situs pinggiran bisa ngowahi CO2 dadi CO, sing bisa ditambah maneh dadi molekul C2 + (Gambar 7I).Contone, perantara *C2O2 bisa distabilake ing karbon-doped nitrogen ing ngendi loro atom C kasebut terikat karo N piridin lan atom C sing ana ing jejere (103).Prediksi teoretis kasebut banjur divalidasi nggunakake katalis nitrogen-doped graphene quantum dot (NGQD) (31).Sawise pulverization saka lembaran graphene nitrogen-doped (1 kanggo 3 μm) (Fig. 7J), 1- kanggo 3-nm NGQDs dijupuk kang Kapadhetan saka pyridinic N ing situs pinggiran wis tambah dening telung urutan gedhene.Ing −0,78 V versus RHE, FE maksimum kanggo oksigenat C2+ bisa nganti 26%.Kajaba iku, minangka ditampilake ing Fig. 7K, Kapadhetan saiki parsial kanggo C2 + oxygenates cedhak 40 mA cm−2 ing -0,86 V versus RHE, kang luwih dhuwur tinimbang nanodiamond dipunéwahi.Dibandhingake, titik-titik kuantum graphene bebas N lan graphene oksida N-doped, sing nuduhake N piridinik N, utamane ngasilake H2, CO, lan formate.

(A nganti C) Gibbs energi bebas saka *C2H3O kanggo etilena lan etanol kanggo tembaga, tembaga karo lowongan, lan tembaga karo lowongan tembaga lan belerang ngisor permukaan.(D) Ilustrasi skematik katalis Cu2S-Cu-V.(E) FE saka C2+ alkohol lan etilena, uga rasio FE saka alkohol kanggo alkena.(A) nganti (E) direproduksi kanthi ijin saka Nature Publishing Group (43).(F) gambar SEM saka NDD.(G) Tingkat produksi asetat lan format ing NDD kanthi isi nitrogen sing beda.ing %, atom%.(F) lan (G) direproduksi kanthi ijin saka American Chemical Society (29).(H) FE kanggo NDD, BDD, lan BND ing −1.0 V. Reproduced kanthi ijin saka John Wiley and Sons (102).(I) Ilustrasi skematis situs aktif kanggo kopling C─C ing NGQDs.(I) direproduksi kanthi ijin saka American Chemical Society (103).(J) gambar TEM saka NGQDs.Skala bar, 1 nm.(K) Kapadhetan saiki parsial kanggo macem-macem produk nggunakake NGQDs.(J) lan (K) direproduksi kanthi ijin saka Nature Publishing Group (31).

Ngluwihi electrocatalysts, elektroda lan desain arsitektur reaktor katalitik saiki rute efektif liyane kanggo ngedongkrak kinerja ECR, utamané kanggo tingkat produksi lan efisiensi energi.Dandan sing signifikan wis digawe ing desain lan fabrikasi sistem electroreduction novel kanggo entuk produksi C2 + sing efisien banget.Ing bagean iki, kita bakal ngrembug babagan desain elektroda / reaktor ECR kanthi rinci.

Sèl jinis H digunakake sacara ekstensif ing tes skala laboratorium, amarga nimbang perakitan sing gampang, operasi sing gampang, lan biaya sing murah.Sèl kasebut dilengkapi karo kamar katoda lan anoda independen sing disambungake karo membran pertukaran ion (104, 105).Kerugian utama sel H-jinis iki yaiku kelarutan CO2 sing kurang ing elektrolit banyu, sing mung 0,034 M ing kondisi sekitar, sing nyebabake kapadhetan arus pengurangan CO2 sing winates j <100 mA cm−2 (64).Kajaba iku, kekurangan intrinsik liyane, kalebu area permukaan elektroda sing winates lan jarak interelectrode sing gedhe, ora bisa nyukupi syarat riset sing akeh (105, 106).Kanggo produksi produk C2+, sel tipe-H biasane nuduhake selektivitas sing kurang ing overpotensial dhuwur, contone, 32% kanggo etilena ing -0,98 V versus RHE (107), 13,1% kanggo n-propanol ing -0,9 V versus RHE (99), lan 20,4% kanggo etanol ing −0,46 V versus RHE (108), amarga evolusi hidrogen sing kompetitif banget.

Kanggo ngatasi masalah ing ndhuwur, reaktor aliran diusulake (15, 109).Ing sel aliran, gas CO2 stream bisa langsung digunakake minangka feedstock ing cathode, mangkono anjog kanggo Ngartekno apik difusi massa lan tingkat produksi (104, 110).Gambar 8A nuduhake arsitektur khas sel aliran, ing ngendi membran elektrolit polimer (PEM) dadi pemisah elektroda sing diapit ing antarane rong saluran aliran.Katalis kasebut diimobilisasi ing elektroda difusi gas (GDE) kanggo dadi elektroda katoda, ing ngendi CO2 gas langsung dipangan.Catholyte, kayata 0,5 M KHCO3, terus-terusan mili ing lapisan tipis antarane elektroda katalis lan PEM.Kajaba iku, sisih anoda biasane disebarake karo elektrolit banyu kanggo reaksi evolusi oksigen (43, 110).Dibandhingake karo sel H-jinis, sel aliran basis membran iki nuduhake kinerja ECR luwih unggul.Contone, Sargent lan rekan kerja (43) ngevaluasi kinerja ECR saka katalis Cu2S-Cu-V ing sel H-jinis lan sel aliran, kaya sing digambarake ing Fig. 8 (B nganti E).Nggunakake sel tipe H, FE maksimum kanggo produk C2+ yaiku 41% kanthi kapadhetan total saiki ~30 mA cm−2 ing ngisor −0.95 V lawan RHE.Nanging, FE kanggo produk C2+ mundhak dadi 53% kanthi kapadhetan arus total kanthi gampang ngluwihi 400 mA cm−2 ing ngisor −0.92 V lawan RHE ing sistem aliran.Peningkatan kinerja sing signifikan kasebut nggunakake reaktor aliran bisa dianggep minangka difusi CO2 sing ditingkatake lan reaksi sisih sing ditindhes, utamane asale saka arsitektur telung antarmuka gas-elektrolit-katalis lokal.

(A) A diagram saka electrolyzer aliran karo nggedhekake-in skema antarmuka elektroda-elektrolit.(A) direproduksi kanthi ijin saka John Wiley and Sons (30).(B kanggo E) Perbandingan kinerja ECR nggunakake sel H-jinis lan sel aliran.(B) nganti (E) direproduksi kanthi ijin saka Nature Publishing Group (43).(F nganti H) Elektrolit sing beda ditrapake ing sel aliran versus kinerja ECR.(F) nganti (H) direproduksi kanthi ijin saka John Wiley and Sons (30).(I kanggo K) Struktur lan kinerja stabilitas saka elektroda difusi gas adhedhasar polimer.(I) nganti (K) direproduksi kanthi ijin saka AAAS (33).

Sel celah nol minangka kelas elektrolisis liyane sing berkembang, sing luwih mbusak saluran aliran ing sel aliran lan meksa rong elektroda bebarengan karo membran pertukaran ion ing antarane.Konfigurasi iki bisa nyuda transfer massa lan resistensi transfer elektron kanthi nyata lan kanthi mangkono ningkatake efisiensi energi, saengga luwih bisa digunakake ing aplikasi praktis (110).Reaktan sing diwenehake menyang katoda bisa dadi katolit jenuh CO2 utawa aliran CO2 sing dilembabake.Uap banyu utawa elektrolit banyu diwajibake menyang anoda kanggo ngeculake proton kanggo ngimbangi biaya spesies pengurangan CO2 (111).Gutiérrez-Guerra et al.(109) ngevaluasi kinerja katalis hibrida Cu-AC ing sel celah nol lan nyatakake yen asetaldehida minangka produk utama kanthi selektivitas dhuwur 60%.Minangka kauntungan liyane saka piranti iki, iku gampang banget kanggo pressurize aliran reaktan lan Ngartekno nambah konsentrasi CO2 lokal, mangkono asil ing Kapadhetan saiki gedhe lan tingkat reaksi dhuwur (110).Nanging, kurs ion dipercepat ing sel celah nol cenderung kanggo acidify catholyte, mindhah reaksi menyang évolusi H2 tinimbang reduksi CO2 (112).Kanggo ngatasi masalah iki, Zhou lan rekan kerja (112, 113) nglebokake lapisan buffer kanthi elektrolit banyu sing sirkulasi ing antarane katoda lan membran kanggo njaga pH sing tepat ing cedhak katoda kanggo reaksi pengurangan CO2.Sanajan macem-macem produk C2+ dideteksi adhedhasar sel celah nol, kalebu aseton, etanol, lan n-propanol, FE isih relatif kurang.Umume studi sing dilapurake tansah fokus ing produk C1 sing luwih sithik jumlah transfer proton lan elektron sajrone reaksi reduksi.Mulane, kelayakan sel celah nol kanggo produk C2 + isih ana ing debat (110).

Kajaba iku, sel elektrolitik mikrofluida (MEC) minangka jinis konfigurasi elektrolisis sing apik banget sing dikembangake dening Kenis lan rekan kerja (39, 114).Ing piranti iki, membran diganti karo spasi tipis (<1 mm ing kekandelan) kapenuhan stream elektrolit mili kanggo misahake anoda lan katoda.Molekul CO2 bisa cepet nyebar menyang antarmuka elektroda-elektrolit cedhak katoda, lan loro GDE tetep disiram nganggo elektrolit sing mili.Dibandhingake karo sel aliran adhedhasar membran, MEC ora mung ngindhari biaya membran sing dhuwur nanging uga nyuda manajemen banyu, sing utamane nuduhake anoda garing lan banjir katoda nalika dioperasikake kanthi kapadhetan saiki sing dhuwur amarga seret osmotik molekul banyu bebarengan karo transportasi proton saka anoda menyang katoda ngliwati membran (115).Sa adoh kita ngerti, senadyan kaluwihan ngelingke lan prestasi, jumlah minimal pasinaon wis entuk produk C2 + ing MECs asli.Iki mbokmenawa disebabake dening efek "ngambang" sing proton kawangun ing anoda gampang lemes saka sacedhake katoda utawa sakabeheng adoh dening elektrolit mili, tinimbang melu ing sawetara proton dibutuhake reaksi tatanan C2 +.Spekulasi kasebut bisa dikonfirmasi kanthi conto ing ngisor iki.Ing 2016, Kenis lan rekan kerja (31) nglaporake sukses nyuda CO2 dadi produk C2 + ing MEC sing dimodifikasi lan ngemot membran, ing ngendi NGQD bisa nyuda molekul CO2 dadi C2 + kanthi 55% FE (31% kanggo etilena, 14% kanggo etanol, 6% kanggo asetat, lan 4% kanggo n-propanol) kanthi potensial ditrapake −0,75 V lawan RHE ing larutan KOH 1 M.Wigati dicathet yen lingkungan elektrolit bisa uga mengaruhi selektivitas produk.Contone, Jiao lan rekan kerja (30) nyintesis katalis Cu nanoporous lan banjur nguji kinerja ECR kanthi nggunakake elektrolit sing beda (KHCO3, KOH, K2SO4, lan KCl) ing MEC adhedhasar membran.Padha ngandhakake yen pengurangan CO2 ing elektrolit alkalin (KOH) nuduhake selektivitas lan kapadhetan saiki C2 + sing paling dhuwur, kaya sing dituduhake ing Fig. 8 (F lan G).Ing −0.67 V versus RHE ing elektrolit 1 M KOH, FE sing dipikolehi kanggo C2+ tekan nganti 62% kanthi kapadhetan arus parsial 653 mA cm−2, yaiku salah sawijining kapadhetan arus paling dhuwur sing tau dilapurake ing pengurangan CO2 elektrokimia. menyang produk C2+.Etilena (38,6%), etanol (16,6%), lan n-propanol (4,5%) minangka produk C2+ utama kanthi jumlah asetat sing cilik.Padha uga nuding metu sing ana korélasi kuwat antarane pH lumahing diwilang lan FE kanggo produk C2 +: Sing luwih dhuwur pH lumahing, Kapadhetan saiki sing luwih dhuwur lan produk C2 + ngasilaken, minangka digambarke ing Fig. 8H.Pitungan teoretis ngusulake yen ion OH− lumahing cedhak bisa banget nggampangake kopling C─C (31).

Saliyane konfigurasi electrolyzer, elektrolit sing ditrapake ing macem-macem elektrolisis uga bisa ngowahi kanthi signifikan produk ECR pungkasan.Kaya sing kasebut ing ndhuwur, solusi KOH sing alkalin banget tansah digunakake ing sel aliran kanthi kinerja sing apik tinimbang ing sel H-jinis.Dianggep yen elektrolit KOH bisa nyedhiyakake konduktivitas elektrolit sing luwih dhuwur, nyuda resistensi ohmik ing antarane lapisan elektrolit tipis ing katalis lan elektrolit akeh, lan luwih nyuda overpotensial sing dibutuhake kanggo pembentukan C2+ (31).Asil DFT luwih negesake manawa anane ion OH- bisa ngedhunake penghalang energi kanggo dimerisasi CO, saéngga ningkatake pembentukan C2+ lan nyuda kompetisi saka pembentukan C1 lan H2 (30, 33).Nanging, KOH alkalin ora bisa digunakake minangka elektrolit ing sel H-jinis.Iki amarga aliran CO2 bakal kanthi cepet bereaksi karo solusi KOH lan pungkasane nggawe solusi bikarbonat kanthi pH netral ing sel jinis H (30).Nanging, ing sel aliran, yen CO2 nyebar liwat GDE, molekul CO2 bakal dikonsumsi ing fase wates telung (CO2-katalis-elektrolit) kanggo mbentuk produk sing suda.Kajaba iku, kapasitas buffering sing kurang saka elektrolit bisa kanthi cepet nambah pH ing sekitar elektroda ing konfigurasi electrolyzer stasioner, dene elektrolit sing mili bakal nyegerake permukaan lan nyuda fluktuasi pH ing elektrolit (33, 116).

Kaya sing kasebut ing ndhuwur, ECR minangka reaksi sing dikontrol difusi, tekanan reaksi sing dhuwur uga bisa ningkatake konsentrasi CO2 sing akeh lan antarmuka.Reaktor tekanan dhuwur sing umum padha karo autoklaf baja tahan karat, ing ngendi CO2 tekanan dhuwur (nganti 60 atm) bisa dilebokake ing sel, sing nyebabake kenaikan FE lan kapadhetan saiki C2 + (117). , 118).Sakata lan rekan kerja (119) nuduhake yen kapadhetan saiki bisa ditingkatake dadi 163 mA cm−2 ing 30 atm ing elektroda Cu kanthi etilena minangka produk utama.Akeh katalis logam (umpamane, Fe, Co, lan Ni), tanpa aktivitas kanggo produksi C2+ ing tekanan lingkungan, bisa nyuda CO2 dadi etilena, etana, propana, lan produk C2+ tingkat dhuwur liyane ing tekanan dhuwur.Wis ditampilake manawa selektivitas produk gumantung banget marang tekanan CO2 kanthi cara ngganti kasedhiyan CO2 ing permukaan elektroda (117, 120).Produk suda utama diowahi saka H2 dadi hidrokarbon (kalebu C2+) lan pungkasan dadi CO/HCOOH kanthi tekanan CO2 sing tambah.Utamane, tekanan CO2 kudu dipantau kanthi ati-ati amarga tekanan CO2 sing dhuwur utawa kurang bakal nyebabake tingkat difusi CO2 sing superfluous utawa winates, sing cenderung kanggo ngasilake CO / HCOOH utawa H2.Mung jumlah CO penengah sing cocog lan kapadhetan saiki sing diasilake ing permukaan elektroda bisa nggampangake reaksi kopling C─C lan nambah selektivitas produk C2+ (119).

Ngrancang elektroda novel kanthi struktur canggih minangka arah penting liyane kanggo ningkatake produksi C2 + sing selektif.Ing tataran awal, ing elektroda apa sing nonporous foil logam lan nandhang sangsara marga saka transfer massa sluggish (26, 105).Akibaté, GDE diusulake kanggo ngenthengake kinerja sel sing kurang kanthi nyedhiyakake saluran hidrofobik sing nggampangake difusi CO2 menyang partikel katalis (121).GDE konvensional biasane kalebu lapisan katalis (CL) lan lapisan difusi gas (GDL), kaya sing dituduhake ing bagean ngisor Fig. 8A (30, 33).Antarmuka gas-cair-katalis sing dibentuk ing GDE penting kanggo nambah kinerja sel.GDL sing dirakit nganggo bahan keropos (biasane kertas karbon) bisa nyedhiyakake jalur CO2 sing akeh banget lan njamin tingkat difusi elektrolit kanthi cepet.Iku uga tumindak minangka medium transportasi tahan kurang kanggo proton, elektron, lan produk reduksi saka CL menyang elektrolit (121).Drop casting, airbrushing, lan electrodeposition minangka teknologi umum kanggo nyiapake GDEs (122).Katalis sing dirakit karo GDE wis diselidiki kanthi intensif ing electroreduction CO2 kanggo produk C2 +.Utamane, sel aliran kasebut kanthi kinerja sing apik kabeh digandhengake karo GDE.Wiwit taun 1990, Sammells lan rekan kerja (123) nglapurake yen GDE sing dilapisi Cu entuk FE dhuwur 53% kanggo etilena kanthi kapadhetan dhuwur 667 mA cm−2.Ningkatake selektivitas etilena lan etanol minangka tantangan utama sing tansah diprodhuksi ing katalis basis Cu amarga jalur reaksi mekanis sing padha.Kajaba iku, iku penting kanggo nuduhake yen produktivitas munggah pangkat lan selektivitas etilena dibandhingake etanol wis diamati ing Cu basis GDE (25, 36).Gewirth lan rekan kerja (36) nuduhake FE sing apik banget yaiku 60% kanggo etilena lan FE sing ditindhes kanggo etanol 25% ing Cu-Ag GDE sing didepositokake elektrodeposit, nalika kapadhetan arus total tekan ~300 mA cm−2 ing −0,7 V versus RHE.Iki minangka karya langka sing entuk selektifitas dhuwur kanthi kapadhetan saiki sing gedhe.Panemuan iki nuduhake yen elektroda sing digabungake GDE nyedhiyakake dalan sing apik kanggo nyetel jalur reaksi, ing ngendi selektivitas produk sing dikurangi bisa diduweni kanthi kapadhetan saiki sing dhuwur.

Stabilitas GDE uga dadi masalah penting sing kudu ditanggulangi amarga operasi jangka panjang sing stabil penting kanggo mujudake aplikasi praktis kanggo sel aliran.Senadyan kinerja CO2-to-C2 + sing luar biasa sing diraih karo GDE, stabilitas isih kurang amarga adhesi mekanik sing lemah saka katalis, GDL, lan lapisan pengikat (77, 124).Lumahing karbon GDL bisa uga owah saka hidrofobik dadi hidrofilik sajrone reaksi elektrokimia amarga reaksi oksidasi sing kedadeyan ing overpotensial dhuwur, sing ndadékaké banjir ing GDL lan ngalangi jalur difusi CO2 (33).Kanggo ngatasi masalah iki, peneliti nggabungake scaffold hidrofobik polytetrafluoroethylene (PTFE) menyang GDE.Dibandhingake karo Nafion hidrofilik, lapisan PTFE hidrofobik ndadekake stabilitas jangka panjang sing unggul (33).Sargent lan co-workers (33) nglumpuk katalis Cu antarane PTFE kapisah lan karbon NPs, kang lapisan PTFE hidrofobik bisa immobilize NPs lan lapisan grafit, mangkono mbangun antarmuka elektroda stabil (Fig. 8, Aku lan J).Akibaté, FE kanggo produksi etilena ditambah dadi 70% ing larutan KOH 7 M kanthi kapadhetan saiki 75 nganti 100 mA cm−2.Umur reaktor aliran iki ditambahi kanggo luwih saka 150 jam karo mundhut diabaikan ing selektivitas etilena, kang 300 kaping luwih saka GDEs tradisional, minangka ditampilake ing Fig. 8K.Struktur sandwic kasebut wis ditampilake minangka desain GDE sing apik banget.Contone, Cui lan rekan kerja (124) ngrancang struktur trilayer kanthi lapisan elektroda aktif sing dipotong dening rong film polietilen nanoporous hidrofobik.Lapisan hidrofobik njaba bisa alon mudhun fluks elektrolit saka solusi akeh, anjog kanggo stabil, pH lokal dhuwur watara elektroda kerja.Optimasi ruang interlayer, sing bisa ningkatake transportasi lan adsorpsi CO2, uga penting ing desain kasebut (124).Bubar, nanotube karbon uga wis Integrasi menyang GDEs amarga porositas dhuwur, konduktivitas apik, lan hydrophobicity, kang bisa nggampangake elektron lan transportasi massa (77).

Senadyan kemajuan sing nyenengake ing ECR, strategi kanggo ngasilake produk C2 + skala gedhe sing murah (125).Ing tahap iki, tantangan lan kesempatan bebarengan kanggo ngerti mekanisme reaksi ECR lan komersialisasi teknologi sing janjeni iki.

Minangka solusi elegan kanggo nutup daur ulang karbon lan nyimpen energi sing bisa dianyari intermiten, kayata angin lan solar, kemajuan substansial wis digawe kanggo entuk konversi CO2 sing efisien ing dekade kepungkur.Nalika pangerten babagan proses sing ana gandhengane karo ECR wis suwe wiwit wiwitan (126), kopling C─C liwat ECR menyang produk C2 + isih adoh saka siap kanggo aplikasi praktis.Ing review iki, kita njupuk dipikir rinci ing strategi saiki sing bisa ningkataké selektivitas lan tingkat produksi kanggo produk C2 + liwat ECR, kalebu fine-katalis tuning, efek elektrolit, kahanan elektrokimia, lan elektroda elektroda / desain reaktor.

Senadyan kabeh gaweyan ing ECR, isih akeh masalah karo katalis saiki lan sistem ECR sing kudu ditangani sadurunge komersialisasi ECR.Pisanan, minangka katalis dominasi kanggo nyadari kopling C─C sing efisien, Cu nandhang masalah stabilitas sing serius, utamane ing elektrolit banyu, lan arang bisa urip nganti 100 jam amarga mobilitas atom sing dhuwur, agregasi partikel, lan rusak struktur ing kahanan ECR.Mangkono, carane entuk stabilitas long-periode nggunakake katalis basis Cu isih tantangan mbukak.Anchoring katalis basis Cu ing dhukungan khusus kanthi interaksi sing kuat bisa dadi strategi sing bisa dipercaya kanggo ngreksa struktur / morfologi katalis lan kanthi mangkono nyedhiyakake umur sing luwih apik.Salajengipun, nggunakake elektrolit membran polimer kanggo ngganti solusi banyu sajrone ECR bisa uga bisa nambah stabilitas katalis basis Cu.Kajaba iku, saka sudut pandang katalis, teknik karakterisasi in situ/in operando lan model teoretis uga kudu digunakake kanggo ngawasi lan mangerteni pembusukan kinerja katalis, saéngga, nyuda degradasi lan peracunan katalis menyang tingkat sing paling murah.Masalah penting liyane saka katalis ECR sing kudu ditangani yaiku supaya protokol sintesis bisa digunakake kanggo produksi massal.Kanggo tujuan iki, nyepetake prosedur sintetik nggunakake bahan baku sing kasedhiya.

Kapindho, C2+ sing diasilake oksigen saka ECR biasane dicampur karo solutes (contone, KHCO3 lan KOH) ing elektrolit kanggo reaktor sel H- utawa aliran-sel tradisional, sing, nanging mbutuhake proses pamisahan lan konsentrasi ekstra kanggo mbalekake solusi bahan bakar cair murni ing aplikasi praktis.Ing wektu sing padha, hidrokarbon C2+ sing wis berkembang uga dicampur karo H2 lan sisa CO2.Mangkono, proses pamisahan sing larang regane dibutuhake kanggo teknologi ECR saiki, sing luwih ngalangi ECR saka aplikasi praktis.Mula, cara langsung lan terus-terusan ngasilake solusi bahan bakar cair murni lan hidrokarbon gas murni, utamane kanthi konsentrasi produk sing dhuwur, pancen dikarepake kanggo panyebaran praktis ECR.Mangkono, kita prédhiksi pentinge produksi langsung produk murni liwat ECR ing mangsa ngarep, sing bisa nyedhaki teknologi ECR luwih cedhak karo pasar (127).

Katelu, nalika pambentukan ikatan C─O lan C─H, kayata etanol, asam asetat, lan etilena, ing teknologi ECR wis akeh diteliti, eksplorasi jinis produk liyane uga penting kanggo teknologi ECR lan nuduhake kapentingan ekonomi.Contone, bubar, Han lan rekan kerja (128) nglaporake produksi 2-bromoethnol dening ECR.Pembentukan in situ saka ikatan C─Br ngowahi produk saka etanol dadi 2-bromoethnol, sing minangka blok bangunan penting ing sintesis kimia lan farmasi lan nuduhake nilai tambah sing luwih dhuwur.Mangkono, ngluwihi produk C2+ sing wis diteliti saiki, kita percaya yen nargetake produk liyane sing jarang diteliti kayata asam oksalat (129) lan sintesis molekul C2+ sing luwih kompleks kayata senyawa siklik minangka rute liyane sing bisa dijanjekake kanggo riset ECR ing mangsa ngarep.

Paling ora, nanging paling ora, desain elektroda lan reaktor anyar kayata GDE anti banyu, sel aliran cairan, lan sel PEM kudu diadopsi sacara luas kanggo ngedongkrak tingkat produksi ECR menyang tingkat komersial (>200 mA cm−2).Nanging, bedo gedhe ing aktivitas elektrokatalitik tansah diamati nalika electrocatalysts ditrapake kanggo tes sel lengkap.Mula, panaliten sing luwih sistematis kudu ditindakake kanggo nyuda jurang antarane pasinaon setengah sel lan aplikasi piranti sel lengkap kanggo nggawa ECR saka tes skala lab kanggo panggunaan praktis.

Ing ringkesan, pangurangan CO2 elektrokimia menehi kesempatan sing apik kanggo kita ngatasi masalah lingkungan saka gas omah kaca sing dipancarake dening kegiatan manungsa.Iki uga nuduhake kemungkinan kanggo entuk bahan bakar lan bahan kimia sing resik nggunakake energi sing bisa dianyari.Nalika isih akeh tantangan kanggo teknologi ECR ing tahap saiki, utamane kanggo proses kopling C─C, dipercaya manawa kanthi riset lan pangembangan terus babagan optimasi katalis lan kesempurnaan sel, perspektif elektrolisis CO2 donya nyata kanggo bahan bakar resik. lan bahan kimia bakal diwujudake ing mangsa ngarep.

Iki minangka artikel akses terbuka sing disebarake miturut syarat-syarat lisensi Creative Commons Attribution-NonCommercial, sing ngidini panggunaan, distribusi, lan reproduksi ing media apa wae, anggere asil panggunaan kasebut ora kanggo keuntungan komersial lan asale yen karya asline bener. dikutip.

CATETAN: Kita mung njaluk alamat email sampeyan supaya wong sing menehi rekomendasi kaca kasebut ngerti manawa sampeyan pengin ndeleng, lan iku dudu surat ajur.Kita ora njupuk alamat email.

© 2020 American Association for the Advancement of Science.Kabeh hak dilindhungi undhang-undhang.AAAS minangka mitra HINARI, AGORA, OARE, CHORUS, CLOCKSS, CrossRef lan COUNTER.Science Advances ISSN 2375-2548.