Raha jerena ny olana ara-tontolo iainana sy ny fiovan'ny angovo, ny fampihenana ny CO2 electrochemical (ECR) amin'ny solika sy akora simika marobe (C2+), mampiasa herinaratra azo havaozina, dia manolotra vahaolana maharitra maharitra hanidy ny tsingerin'ny karbônina miaraka amin'ny tombony ara-toekarena fanampiny.Na izany aza, ny electrocatalytic C─C coupling amin'ny aqueous electrolytes dia mbola fanamby misokatra noho ny fifantenana ambany, ny asa ary ny fahamarinan-toerana.Ny famolavolana ny catalysts sy ny reactors dia manana ny fanalahidy hamahana ireo fanamby ireo.Mamintina ny fandrosoana vao haingana izahay amin'ny fomba hahazoana fifandraisana mahomby C─C amin'ny alàlan'ny ECR, miaraka amin'ny fanamafisana ny paikady amin'ny electrocatalysts sy ny famolavolana electrode / reactor electrocatalytic, ary ny mekanika mifanaraka amin'izany.Ho fanampin'izay, resahina ny bottlenecks amin'izao fotoana izao sy ny fotoana ho avy amin'ny famokarana vokatra C2+.Kendrenay ny hanome famerenana amin'ny antsipiriany momba ny paikadin'ny C─C manara-penitra amin'ny fiaraha-monina ho fampandrosoana bebe kokoa sy aingam-panahy amin'ny fahatakarana fototra sy ny fampiharana ara-teknolojia.

Ny famoahana gazy karbonika (CO2) be loatra ho any amin'ny atmosfera dia niteraka voka-dratsy lehibe eo amin'ny tontolo iainana ary miteraka loza mitatao maika sy tsy azo ivalozana ho an'ny fiarahamonina olombelona (1, 2).Satria nitombo be ny fifantohana CO2 amin'ny atmosfera avy amin'ny 270 ppm (ampahany isaky ny tapitrisa) tany am-piandohan'ny taona 1800 ka hatramin'ny 401.3 ppm tamin'ny Jolay 2015, dia nahatratra ny fifanarahana maneran-tany momba ny fanodinana ny dian'ny karbaona avoakan'ny asan'ny olombelona (3, 4).Mba hahatanteraka ny fika akaiky ny dian'ny karbônina, fomba iray azo atao ny mamindra ny fiankinan'ny angovo sy ny indostria simika amin'izao fotoana izao hiala amin'ny solika fôsily ho loharano azo havaozina toy ny masoandro sy ny rivotra (5-8).Na izany aza, ny ampahany amin'ny angovo avy amin'ireo loharano azo havaozina ireo dia voafetra ho 30% fotsiny noho ny toetrany tsy mitongilana, raha tsy misy ny fomba fitahirizana angovo midadasika (9).Noho izany, ho solon'izany, ny fakana ny CO2 avy amin'ny loharanon-toerana toy ny toby famokarana herinaratra, arahin'ny fiovam-po ho famatsiana simika sy solika, dia azo ampiharina kokoa (9-12).Ny fampihenana CO2 electrocatalytic (ECR) amin'ny fampiasana herinaratra azo havaozina dia maneho vahaolana maharitra maharitra noho ny fepetra fiasa malefaka ilaina amin'ny fiovam-po, izay ahafahan'ny vokatra miampy sanda voafantina (13).Araka ny aseho amin'ny sary 1, amin'ity dingana ity, ny electrolyzer electrochemical dia mamadika CO2 sy rano ho lasa simika sy solika entin'ny herinaratra azo havaozina.Ny solika aterak'izany dia afaka mitahiry maharitra ary azo zaraina na hohanina ihany koa, manome ny CO2 ho fako lehibe, izay horaisina ary haverina any amin'ny reactor mba hanakatona ny loop.Fanampin'izay, azo ampiasaina ho akora ho an'ny fandrafetana simika sarotra kokoa ny akora simika misy molekiola kely [ohatra, monoxide karbonika (CO) sy formate] avy amin'ny ECR.

Ny solika sy ny akora simika dia azo avy amin'ny ECR miaraka amin'ny tsingerin'ny karbônina mihidy entin'ny angovo azo havaozina toy ny masoandro, rivotra ary rano.Ny injeniera sela sy ny injeniera catalyst dia mitana anjara toerana lehibe hampiroboroboana ny fifantenana, ny hetsika ary ny fahombiazan'ny fiovam-po CO2 ho vokatra C2 + miampy sanda misy angovo avo lenta.

Na izany aza, ny CO2 dia molekiolan'ny linear tena marin-toerana miaraka amin'ny fatorana C═O matanjaka (750 kJ mol−1) (14), ka sarotra amin'ny fiovam-po electrochemical.Noho izany, mitaky sakana fampahavitrihana avo, izay, ho setrin'izany, dia mitarika ho amin'ny overpotentials lehibe (15).Fanampin'izany, ny ECR amin'ny electrolyte misy rano dia misy fizotry ny famindrana elektrôna/proton maro miaraka amin'ireo mpanelanelana sy vokatra azo atao (16-18), ka mahatonga azy ho sarotra be.Ny tabilao 1 dia mamintina ny fihetsiketsehan'ny thermodynamika antsasak'ireo vokatra ECR, anisan'izany ny CO, methane (CH4), methanol (CH3OH), asidra formic (HCOOH), ethylene (C2H4), ethanol (CH3CH2OH), sy ny sisa, miaraka amin'ny azy ireo. mety mifanaraka amin'ny fenitra redox (19).Amin'ny ankapobeny, mandritra ny fizotran'ny ECR, ny molekiola CO2 dia mandalo adsorption sy fifandraisana amin'ny atôma eo amin'ny sehatry ny catalyst mba hamorona * CO2−, arahin'ny famindrana proton sy/na elektronika isan-karazany mankany amin'ny vokatra farany samihafa.Ohatra, ny CH4 dia inoana fa miforona amin'ny alalan'ireto lalana manaraka ireto: CO2 → *COOH → *CO → *CHO → *CH2O → *CH3O → CH4 + *O → CH4 + *OH → CH4 + H2O (20).

Ny sary 2A dia mamintina ny fahombiazan'ny Faradaic (FE) eo ambanin'ny taham-pamokarana samihafa (density ankehitriny) ho an'ny electrocatalysts ECR voalaza, izay maneho ny fifantenana ny vokatra (21-43).Marihina fa raha ny electrocatalysts manara-penitra dia afaka manova ny CO2 ho vokatra C1 (CO na formate) miaraka amin'ny 95% FE eo ambanin'ny tahan'ny famokarana avo (> 20 mA cm−2 ho an'ny sela H-karazana ary> 100 mA cm− 2 ho an'ny sela mikoriana) (9, 21, 22, 25, 28, 44, 45), ny famokarana avo lenta (> 90%) sy ny famokarana akora simika maro karazana (C2+) azo ampiasaina dia mbola tsy tanteraka hatreto.Izany dia noho ny zava-misy fa ny fifandraisana amin'ny vokatra C2 + dia mitaky ny fahatongavana sy ny adsorption ny molekiola CO2 maromaro eny ambonin'ny tany, ny fanovana tsikelikely, ary ny fametrahana toerana (13).Mba ho voafaritra manokana, araka ny asehon'ny sary 2B, ny fanehoan-kevitry ny *CO intermediates dia mamaritra ny vokatra farany C2+ an'ny ECR.Amin'ny ankapobeny, ny C2H6 sy CH3COO− dia mitovy *CH2 mpanelanelana, izay vokarina avy amin'ny proton-coupled electron dingana famindrana ny *CO.Ny protonation fanampiny an'ny *CH2 dia manome *CH3 intermediate, izay mitarika amin'ny fananganana C2H6 amin'ny alàlan'ny dimerization CH3.Tsy toy ny taranaka C2H6, CH3COO− dia voaforona amin'ny fampidirana CO ao amin'ny *CH2.Ny *CO dimerization dia ny dingana mamaritra ny tahan'ny C2H4, CH3CH2OH, ary n-propanol (n-C3H7OH).Taorian'ny andiam-pifindran'ny elektrôna sy ny dingan'ny protonation, ny *CO─CO dimer dia mamorona ny *CH2CHO intermediate, izay miasa ho toy ny dingana hamaritana ny fifantenana ho an'ny C2H4 sy C2H5OH.Ankoatra izany, hita fa ny fampihenana * CH2CHO ho C2H4 dia manana sakana angovo ambany kokoa noho ny fanovana * CH3CHO ho C2H5OH (46), izay mety hanazava ny FE ambony kokoa ho an'ny C2H4 noho ny C2H5OH amin'ny ankamaroan'ny catalysts varahina.Ankoatr'izay, ny mpanelanelana C2 azo antoka dia afaka mamindra amin'ny n-C3H7OH amin'ny alàlan'ny fampidirana CO.Ny lalan'ny fanehoan-kevitra sarotra sy tsy voafehy mandritra ny fiforonan'ny simika C2+ dia matetika noho ny permutation maro kokoa amin'ny tranokala protonation, miaraka amin'ny mety ho fandraisana anjara amin'ny dingana tsy electrochemical (19, 47).Noho izany, ny famolavolana electrocatalysts tena mifantina dia fepetra takiana amin'ny fananganana vokatra C2 + manokana amin'ny vokatra avo lenta.Amin'ity famerenana ity, mikendry ny hanasongadina ny fandrosoana vao haingana momba ny paikady amin'ny famolavolana electrocatalyst ho an'ny famokarana vokatra C2 + voafantina amin'ny alàlan'ny ECR.Manome famintinana ny fahatakarana ireo mekanika mifandraika ihany koa izahay.Hamafisina ihany koa ny famolavolana elektrôda sy reactor mba hampisehoana ny fomba hahatratrarana ny fiasan'ny ECR mahomby, maharitra ary lehibe.Ho fanampin'izay, hiresaka momba ireo fanamby sisa tavela sy ny fahafahana ho avy amin'ny fiovam-po electrochemical CO2 ho lasa simika C2 + misy vidiny.

(A) Ny FE eo ambanin'ny taham-pamokarana samihafa (density ankehitriny) ho an'ny electrocatalysts ECR voalaza (21-43, 130).(B) Ny lalana C2+ azo atao indrindra mandritra ny ECR.Naverina naverina nahazoana alalana avy amin'ny American Chemical Society (47).

Ny fiovan'ny electrocatalytika ny CO2 ho solika simika sy famatsiana dia teknolojia mety hahatratrarana tsingerin'ny angovo tsy miandany amin'ny karbônina (11).Na izany aza, ny FE amin'ny vokatra C2 + dia mbola lavitra ny fampiharana azo ampiharina, izay ahafahan'ny catalysts manara-penitra ny famokarana vokatra C2 manodidina ny 60% FE (13, 33), raha voafetra ho latsaky ny 10% ny famokarana C3. FE (48, 49).Ny fampifangaroana ny vokatra CO2 amin'ny C2+ dia mitaky catalysts heterogène miaraka amin'ny fananana morphologique sy elektronika (50, 51).Ny surface catalytic dia mila manapaka ny fifandraisana scaling eo amin'ny intermediates (47, 52, 53).Ambonin'izany, mba hahatratrarana ny fiforonan'ny fatorana C─C, dia tsy maintsy mifanakaiky ny mpanelanelana amin'ny rindran-damina.Ankoatr'izay, mila fehezina tsara ny lalana avy amin'ny mpanelanelana voasoroka voalohany mankany amin'ny vokatra C2+ manokana noho ny dingan'ny famindrana elektronika ampian'ny proton.Raha jerena ny fahasarotan'ny fihenan'ny CO2 mankany amin'ny vokatra C2 +, ny electrocatalysts dia tokony hamboarina tsara mba hampitombo ny fifantenana.Araka ny karazana intermediate sy ny singa simika, dia sokajianay ny vokatra C2+ ho hydrocarbon multicarbon sy oxygenates (4, 54).Mba hanatonana ny electrocatalysts tena mahomby ho an'ny famokarana molekiola C2 + manokana, dia naseho ny paikadin'ny famolavolana catalyst, toy ny doping heteroatom, ny fifehezana ny lafiny kristaly, ny alloy / dealloying, ny fanamafisana ny fanjakana oxidation, ary ny fanaraha-maso ligand surface (35, 41, 55-61) .Ny famolavolana tsara indrindra dia tokony handinika tsara ireo vokatra voalaza etsy ambony ary hampitombo ny tombony.Raha tsy izany, ny fahatakarana hoe inona ny motif-tranonkala mavitrika mitarika amin'ny fihetsika catalytic tsy manam-paharoa toy izany dia mety hamirapiratra bebe kokoa amin'ny famolavolana catalyst marina ho an'ny C─C coupling.Noho izany, ny fomba famolavolana ECR catalyst amin'ny vokatra manokana (hydrocarbon multicarbon sy oxygenates) sy ny mekanika mifandraika dia hodinihina amin'ity ampahany ity.

Ny hydrocarbon C2+, toy ny C2H4, dia simika mifandray amin'ny indostria simika isan-karazany, toy ny famokarana polyethylene (62, 63).Ankoatra izany, dia azo ampiasaina mivantana ho toy ny solika ho an'ny welding na singa mifangaro amin'ny entona voajanahary (12).Ny hydrogène ny CO (Fischer-Tropsch synthesis) sy ny CO2 dia efa nampiasaina mba hamokarana hydrocarbon C2+ nandritra ny fotoana ela teo amin'ny sehatra indostrialy saingy tojo ny fanjifana angovo avo sy ny fiantraikany amin'ny tontolo iainana (64).Mifanohitra tanteraka amin'izany, ny fampihenana CO2 electrochemical amin'ny fampiasana angovo azo havaozina dia manome lalana madio sy maharitra kokoa.Nisy ezaka lehibe natao mba hamoronana electrocatalysts mahomby amin'ny hydrocarbon C2+ (32, 33, 65-70).

Ny electrocatalysts bimetallic dia nohadihadiana fatratra mba hanapaka ny fifandraisana amin'ny scaling mandritra ny fiovam-po CO2 electrochemical, izay afaka mampitony ny mpanelanelana manan-danja ary mampihena ny overpotential ary, noho izany, mampitombo ny fifantenana (71-74).Raha misy andiana akora firaka ao anatin'izany ny Au-Cu, Ag-Cu, Au-Pd, ary Cu-Pt dia naseho ho an'ny famokarana C1 mahomby amin'ny alàlan'ny fanamafisana ny mpanelanelana manara-penitra (73, 75), ny fiantraikan'ny firaka amin'ny fananganana hydrocarbon C2 + dia toa. ho sarotra kokoa (76).Ohatra, ao amin'ny rafitra bimetallic Cu-Ag, ny fizarana vokatra dia azo fehezina mora foana amin'ny alàlan'ny fanitsiana ny tahan'ny atomika amin'ny Ag sy Cu (77).Ny santionany manankarena Cu surface no tiana ho an'ny famokarana hydrocarbon, raha ny vokatra avy amin'ny tany manankarena Ag dia anjakan'ny CO, manasongadina ny maha-zava-dehibe ny tahan'ny atomika ho an'ny electrocatalyst ECR alloyed.Ny fiantraikan'ny geometrika ateraky ny fandaminana atomika eo an-toerana dia mety hisy fiantraikany lehibe amin'ny tanjaky ny mpanelanelana.Nasehon'i Gewirth sy ny mpiara-miasa (36) fa ny alloy Cu-Ag avy amin'ny electrodeposition fehezin'ny additive dia mampiseho ~ 60% FE ho an'ny C2H4 amin'ny electrolyzer mikoriana alkaline (sary 3, A ary B).Amin'ity tranga ity, ny fifantenana C2H4 optimized dia azo atao amin'ny alàlan'ny morphology sy ny fanerena Ag-loading.Ny tranokalan'ny Ag dia heverina ho mpanentana ny fananganana CO mandritra ny ECR.Avy eo, ny fahazoana tsara indrindra amin'ny CO intermediate dia afaka manampy ny C─C mampifandray amin'ny Cu manodidina.Ankoatr'izay, Ag koa dia afaka mampiroborobo ny fananganana Cu2O mandritra ny synthesis catalyst Cu-Ag (sary 3C), ka miteraka fahombiazana amin'ny famokarana C2H4.Ity fiaraha-miasa ity dia manokatra fahafaha-manao vaovao amin'ny famolavolana catalysts coupling C─C.Ankoatr'izay, ny fomba fampifangaroana metaly samihafa amin'ny rafitra firaka dia mety hamaritra ny fizarana ny vokatra ECR.Ny fampiasana ny Pd-Cu alloy ho ohatra (sary 3D), Kenis sy ny mpiara-miasa (71) dia naneho fa ny catalyst Pd-Cu misaraka amin'ny dingana dia afaka manolotra ny fifantenana avo indrindra (~ 50%) ho an'ny C2H4 raha oharina amin'ny baikony sy tsy misy dikany. mpiara-miasa.Araka ny teoria d-band, amin'ny ankapobeny, ny metaly tetezamita miaraka amin'ny foibe d-band ambany dia mampiseho ny fatorana malemy kokoa amin'ny in-situ nateraky ny mpanelanelana amin'ny metaly (78).Raha toa ka nampiseho fifantenana catalytika sy hetsika mitovy amin'izany ho an'ny CO miaraka amin'ny Cu nanoparticles (NPs) ny alloy Pd-Cu misaraka amin'ny phase-separate, dia nanome hery fatorana hafa tanteraka amin'ny mpanelanelana amin'ny alàlan'ny Pd tuning.Araka ny asehon'ny sary 3E, ny firaka Cu-Pd misaraka amin'ny dingana dia mampiseho ny afovoan-d-band ambany indrindra, fa ny an'ny Cu NP no avo indrindra.Manoro hevitra izy io fa ny firaka Cu-Pd misaraka amin'ny dingana dia manana tanjaky ny fatorana ambany indrindra ho an'ny CO intermediate.Ity fandinihana ity dia midika fa ny fiantraikan'ny geometrika sy ny rafitra dia mety mitana anjara toerana lehibe kokoa noho ny fiantraikany elektronika amin'ny fanatsarana ny fifantenana hydrocarbon amin'ny raharaha firaka Cu-Pd.Hatramin'izao, tsy misy afa-tsy varahina madio na firaka vita amin'ny varahina no mampiseho fifantenana sy asa tsara ho an'ny fampihenana ny hydrocarbon electrochemical CO2 mankany C2 +.Noho izany, tena ilaina ny mamolavola electrocatalyst vaovao ho an'ny famokarana hydrocarbon C2 + avy amin'ny ECR.Nahazo aingam-panahy avy amin'ny hidrôzenina CO2, ny fanadihadiana savaranonando dia nampiseho fa azo ampiasaina amin'ny famokarana C2H4 (79) ny firaka Ni-Ga misy dingana samihafa.Nasehon'izany fa ny sarimihetsika Ni5Ga3 dia afaka mampihena ny CO2 ho C2H4 sy etana (C2H6).Na dia latsaky ny 5% aza ny FE mankany amin'ny C2+ hydrocarbons, dia mety hanokatra tsipika vaovao ho an'ny fitiliana electrocatalyst mankany amin'ny C─C coupling mifototra amin'ny vokatry ny firaka.

(A hatramin'ny C) Cu-Ag bimetallic catalysts namboarin'ny additive-fehezina electrodeposition: (A) scanning electron microscopy (SEM) ny Cu tariby, Cu-Ag poly, ary Cu-Ag tariby sy (B) mifanaraka C2H4 FE.(C) EXAFS dia nampiseho fa ny tariby Cu-Ag dia mifangaro homogeneous ary naseho ny oksida Cu (I).(A) hatramin'ny (C) dia naverina naverina nahazo alalana avy amin'ny American Chemical Society (36).(D sy E) Cu-Pd catalysts miaraka amin'ny lamina fangaro samy hafa: (D) Sary, sary, electron microscopy (TEM) transmissions, ary sarintany singa spectroscopy miparitaka amin'ny angovo amin'ny firaka Cu-Pd voalamina, mikorontana ary misaraka amin'ny dingana sy (E). ) spektra photoemission band valence surface sy ivon-d-band (ny tsipika mitsangana) an'ny alloy Cu-Pd mifandraika amin'ny haavon'ny Fermi.(D) sy (E) dia navoaka miaraka amin'ny fahazoan-dàlana avy amin'ny American Chemical Society (71).au, units arbitrary.

Ankoatra ny vokatry ny firaka, ny fanodinkodinana ny fanjakana oxidation dia fitsipika lehibe iray hafa hanamafisana ny fahombiazan'ny electrocatalysts, izay mety hisy fiantraikany amin'ny rafitra elektronika eo an-toerana amin'ny fitaovana.Ny ohatra voalohany amin'ny faneken'ny oxidation ny catalyst dia ny fampiasana akora azo avy amin'ny oxide.Ny karazana oksizenina tavela eo ambonin'ny tany na ambanin'ny tany amin'ny catalyst aorian'ny fampihenana in situ dia afaka mandrindra ny toetry ny oxidation amin'ny foibe metaly.Ohatra, ny Cu plasma-oxidized dia naneho mihoatra ny 60% ny fifantenana amin'ny C2H4, izay nomena ny Cu + (37).Mba hanamafisana fa ny Cu + no mari-pamantarana fototra ho an'ny fifantenana ethylene avo lenta, dia nanao fanandramana fanaraha-maso izahay tamin'ny fampiasana plasma samihafa (sary 4A).In situ hard x-ray absorption spectroscopy dia nampiseho bebe kokoa fa ny oksizenina tavela ao amin'ny sosona (ambany) ambonin'ny tany dia miorina tsara amin'ny fihenan'ny toe-javatra, miaraka amin'ny karazana Cu + be dia be tavela aorian'ny adiny 1 amin'ny fampihenana amin'ny poizina avo lenta amin'ny -1.2 V versus reversible hidrôzenina electrode (RHE).Ankoatr'izay, ny electroredeposition ny varahina avy amin'ny oxychloride varahina sol-gel dia nanamarina indray fa ny karazana Cu + miorim-paka dia afaka manatsara ny fifantenana ny C2H4 (61).Ny fatran'ny oxidation an'ny catalista varahina eo ambanin'ny hery ampiasaina samihafa dia nojerena tamin'ny alàlan'ny spektroskopika mitroka x-ray malefaka voavaha amin'ny fotoana.Ny dingana tetezamita voalohany avy amin'ny Cu2+ mankany Cu+ dia tena haingana;na izany aza, ny fihenan'ny electrochemical bebe kokoa ny karazana Cu + ho Cu0 dia miadana kokoa.Manodidina ny 23% amin'ny karazana Cu+ no mijanona na dia aorian'ny fampihenana tsy tapaka 1 ora eo ambanin'ny -1.2 V versus RHE (sary 4B).Ny fandinihana mekanika dia nanambara fa ny fifandraisana misy eo amin'ny Cu + sy Cu0 dia mitarika amin'ny attraction electrostatic eo anelanelan'ny intermediates satria ny atoma C an'ny * CO@Cu + dia miantoka tsara, fa ny an'ny * CO@Cu0 dia miiba (80), izay, kosa, mampiroborobo ny Ny fatorana C─C dia mamokatra hydrocarbon C2+.Ho fanampin'ny akora azo avy amin'ny oksida, ny nitride varahina (Cu3N) dia nampiasaina ihany koa mba hahatratrarana karazana Cu + (ambany) ambonin'ny tany mba hampihenana ny sakana angovo dimerization an'ny * CO (81).Fanampin'izany, raha oharina amin'ny Cu avy amin'ny oksida, ny karazana Cu + avy amin'ny Cu3N dia mbola miorina kokoa (sary 4C).Vokatr'izany, ny catalyst varahina avy amin'ny nitride dia mampiseho FE amin'ny 39 ± 2% ho an'ny C2H4, mihoatra ny Cu madio (~ 23%) sy Cu (~ 28%).Mitovy amin'ny rafitra catalytic Cu +/Cu voalaza etsy ambony, ny boron dia nampiasaina ho dopant heteroatom mba hampidirana sy hanamafisana ny Cuδ + (41).Ny salan'isan'ny oxidation ny varahina dia azo fehezina amin'ny +0.25 hatramin'ny +0.78 amin'ny fanovana ny fifantohana amin'ny dopant boron.Ny hakitroky ny fanjakana dia nampiseho fa ny elektrôna dia nafindra avy amin'ny varahina mankany amin'ny boron, izay mitondra mankany amin'ny toerana varahina miendrika dopant.Ny varahina boron-doped dia nampiseho angovo fiforonan'ny *CHO intermediate ary, noho izany, dia nanakana ny lalan'ny fanehoan-kevitra mankany amin'ny vokatra C1.Ho fanampin'izany, dia mety hampitombo ny fifantenana amin'ny hydrocarbon multicarbon amin'ny alàlan'ny fampihenana ny angovo fanehoan-kevitra dimerization CO (sary 4D).Amin'ny alàlan'ny fanatsarana ny salan'isan'ny fatran'ny varahina amin'ny varahina, ny C2 FE avo amin'ny ~ 80% miaraka amin'ny ~ 53% C2H4 dia azo tratrarina eo ambanin'ny toetry ny oxidation varahina amin'ny +0.35 (sary 4E).Hatramin'izao, ny tranokala mavitrika amin'ny varahina dia fantatra amin'ny anarana hoe Cu0, Cuδ +, ary / na ny fifandraisany amin'ny ECR amin'ny fandalinana samihafa (39, 41, 42, 81, 82).Na izany aza, mbola iadian-kevitra ny amin'ny toerana mavitrika.Raha ny heteroatom doping-induced Cuδ + catalysts dia naseho fa tena mavitrika ho an'ny ECR mankany amin'ny vokatra C2 +, dia tokony hojerena ihany koa ny fiantraikan'ny synergistic avy amin'ny lesoka sy ny fifandraisana.Noho izany, tokony hamboarina ny rafitra operando mba hamantarana ny foibe mavitrika eo amin'ny varahina ary hanaraha-maso ny mety ho fiovan'ny toerana mavitrika amin'ny toe-javatra mihetsika.Ankoatr'izay, ny fahamarinan'ny varahina be fiampangana tsara dia olana iray hafa eo ambanin'ny fepetra fampihenana electrochemical.Ny fomba fampifangaroana catalyst miaraka amin'ny tranokala Cuδ+ dia mbola sarotra.

(A) Famintinana ny fifantenana C2H4 amin'ny catalysts varahina mihetsiketsika plasma.Naverina naverina nahazoana alalana avy amin'ny Nature Publishing Group (37).Scale bars, 500 nm.(B) Ny tahan'ny oxidation Cu dia mifandraika amin'ny fotoana fanehoan-kevitra amin'ny -1.2 V versus RHE amin'ny varahina electroredeposited.Naverina naverina nahazoana alalana avy amin'ny Nature Publishing Group (61).(C) Ny tahan'ny karazana Cu + miaraka amin'ny fiasan'ny fotoana fanehoan-kevitra amin'ny -0.95 V mifanohitra amin'ny RHE ao amin'ny Cu-on-Cu3N na Cu-on-Cu2O.Naverina naverina nahazoana alalana avy amin'ny Nature Publishing Group (81).(D) Boron doping dia afaka nanova ny salan'isan'ny angovo adsorption ny CO ao amin'ny varahina ambonin'ny ary nampidina ny CO─CO dimerization angovo.1[B], 2[B], 3[B], 4[B], ary 8[B] dia manondro ny fitanan'ny doping boron ambanin'ny tany ao amin'ny catalysts varahina, izay 1/16, 1/8, 3/ 16, 1/4, ary 1/2.(E) Ny fifandraisana misy eo amin'ny fanjakana oxidation sy ny FE ny C2 na C1 vokatra amin'ny boron-doped catalysts varahina.(D) sy (E) dia navoaka nahazoana alalana avy amin'ny Nature Publishing Group (41).(F) sary SEM amin'ny foil varahina miaraka amin'ny hatevin'ny sarimihetsika Cu2O alohan'ny (ambony) sy aorian'ny (ambany) ECR.Naverina naverina nahazoana alalana avy amin'ny American Chemical Society (83).

Ankoatra ny rafitra elektronika, ny akora azo avy amin'ny oksida dia mety hitarika amin'ny morphologie na fivoaran'ny rafitra mandritra ny dingana fampihenana in situ.Avy amin'ny fomba fijerin'ny morphologie na ny rafitra, ny fampivoarana ny elektrômika amin'ny electrocatalysts avy amin'ny oxide dia nomena ny fananganana sisintany, sisiny ary dingana (83-85).Yeo sy ny mpiara-miasa (83) dia nitatitra ny fifantenana C─C coupling amin'ny electrodeposited Cu2O sarimihetsika amin'ny hateviny samy hafa (sary 4F).In situ Raman spectroscopy dia nanambara fa ny endrik'ireo sarimihetsika Cu2O dia nihena ho metaly stable Cu0 nandritra ny ECR (83).Vokatr'izany, ny Cu0 metaly dia voamarina ho foibe mavitrika catalytic fa tsy karazana Cu + na ny interface Cu + / Cu0.Amin'ny dingan'ny fampihenana ny Cu2O amin'ny Cu0 metaly, dia azo inoana fa hisy dingana, sisiny, ary terrasse ny tampon'ny catalyst.Nasongadina fa ny dingana sy ny sisiny miforona dia mavitrika kokoa noho ny terrasse, miainga avy amin'ny famatorana mafy kokoa amin'ny *CO, izay afaka mampiakatra kokoa ny *CO amin'ny *CHO na *CH2O.Ankoatr'izay, ny atôma Cu sisiny dia mampiroborobo ny fananganana * CHO sy * CH2O.Ny asa teo aloha dia nanolo-kevitra fa ny * CHO sy * CH2O intermediates dia tsara kokoa amin'ny fifandraisana C─C noho ny * CO amin'ny kinetika (86).Amin'ny alàlan'ny fifehezana ny morphologie ambonin'ny tany, ny angovo chemisorption an'ny * CHO sy * CH2O intermediates dia azo atao tsara.Ao amin'ity fandalinana ity, ny mpanoratra dia nahita fa ny FE an'ny C2H4 dia nihena avy amin'ny 40 ka hatramin'ny 22% rehefa nampitombo ny hatevin'ny sarimihetsika manify Cu2O avy amin'ny 0.9 ka hatramin'ny 8.8 μm.Izany dia noho ny fifantohan'ny Cu coordinated ambany izay nitombo tamin'ny fitomboan'ny hatevin'ny Cu2O.Ireo atôma tsy voarindra ireo dia afaka mifatotra mafy amin'ny H ary, noho izany, dia tiana kokoa amin'ny fivoaran'ny hidrôzenina noho ny fampiarahana C─C.Nasehon'ity asa ity fa ny catalyst varahina avy amin'ny oxide dia afaka manatsara ny fifantenana ny C2H4 amin'ny alàlan'ny fanavaozana ny morphologie ambonin'ny tany fa tsy mampiditra karazana Cuδ+ voampanga.Amin'ny fampiasana ny catalysts avy amin'ny oksida, ny etana (C2H6) dia novokarina ihany koa tamin'ny fanampian'ny palladium (II) chloride (PdCl2) additive amin'ny electrolyte (34).Nasehon'izany fa ny PdClx voasorona eo ambonin'ny Cu2O avy amin'ny Cu dia nanana anjara toerana lehibe tamin'ny fivoaran'ny C2H6.Amin'ny ankapobeny, ny CO2 dia nihena voalohany ho C2H4 tao amin'ny Cu2O-avy amin'ny toerana Cu mavitrika, ary avy eo ny C2H4 voaforona dia ho hydrogenated miaraka amin'ny fanampian'ny adsorbed PdClx mba hamokatra C2H6.Ny FE an'ny C2H6 dia nitombo avy amin'ny <1 ka hatramin'ny 30.1% miaraka amin'ny fanampian'ny PdCl2.Ity asa ity dia manoro hevitra fa ny fampifangaroana ny catalyst ECR voafaritra tsara sy ny additive electrolyte dia mety hanokatra fahafahana vaovao ho an'ny famokarana vokatra C2 + manokana.

Ny morphologie sy/na ny firafitry ny fitsipi-pifehezana dia maneho tetika hafa hafa hanovana ny fifantenana sy ny hetsika catalytic.Ny fanaraha-maso ny habe, ny endrika ary ny endriky ny catalyst dia naseho betsaka ho an'ny fanatsarana ny fahombiazan'ny ECR (58, 87, 88).Ohatra, ny lafin'ny Cu(100) dia tena tiana ho an'ny taranaka C2H4, raha ny vokatra mibahan-toerana avy amin'ny catalyst Cu(111) dia metana (CH4) (87).Ao amin'ny fandalinana ny Cu nanocrystals amin'ny endrika sy habe isan-karazany, Buonsanti sy ny mpiara-miasa (58) dia nanambara ny tsy monotonic haben'ny fiankinan-doha amin'ny C2H4 selectivity amin'ny cube-miendrika varahina nanocrystals (sary 5A).Amin'ny ankapobeny, ny cubic Cu nanocrystals dia naneho ny hetsika C2H4 ambony kokoa sy ny fifantenana noho ny Cu nanocrystals spherical noho ny fanjakazakan'ny (100).Ny haben'ny krystaly kely kokoa amin'ny Cubic Cubic dia afaka manolotra hetsika ambony kokoa noho ny fitomboan'ny fifantohana amin'ny toerana ambany mirindra, toy ny zorony, ny dingana ary ny kinks.Na izany aza, ny chemisorption matanjaka kokoa amin'ny toerana ambany mirindra dia niaraka tamin'ny fifantenana H2 sy CO, ka nahatonga ny FE hydrocarbon ambany kokoa.Amin'ny lafiny iray, nihena ny tahan'ny toerana sisin-tany amin'ny toerana fiaramanidina miaraka amin'ny fitomboan'ny haben'ny poti, izay misy fiantraikany amin'ny fahombiazan'ny famokarana C2H4 ihany koa.Nasehon'ireo mpanoratra fa nanocubes varahina midadasika miaraka amin'ny halavan'ny sisiny 44-nm dia mampiseho ny fifantenana C2H4 ambony indrindra noho ny fifandanjana tsara indrindra eo amin'ny haben'ny sombin-javatra sy ny hakitroky ny tranokala.Ankoatr'izay, ny morphologie dia mety hisy fiantraikany amin'ny pH eo an-toerana sy ny fitaterana faobe mandritra ny ECR.Naseho fa ny pH eo an-toerana avo eo amin'ny manodidina ny tampon'ny catalyst, izay vokatry ny in situ vokarina OH−, dia manafoana ny lalan'ny fanehoan-kevitra misy proton.Vokatr'izany dia azo hatsaraina ny fiforonan'ny hydrocarbon C2+ amin'ny alalan'ny dimerization CO, ary mety ho voasakana ny CH4 miforona amin'ny alalan'ny intermediate *COH.Ny array nanowire varahina (sary 5B) dia naseho mba hahatratrarana pH eo an-toerana (68).Amin'ny maha electrolyte fampiasa matetika, ny vahaolana CO2 saturated potassium bikarbonate (KHCO3) dia hanalefaka haingana ny OH− (HCO3− + OH− = CO32− + H2O) eo an-toerana ary hampihena ny pH eo an-toerana.Miaraka amin'ny microstructure elongated, ny fiparitahan'ny HCO3− ao amin'ny Cu nanowire arrays dia mety ho simba amin'ny fomba iray ka ny fiantraikan'ny neutralization ho an'ny OH- eo an-toerana dia hofoanana amin'ny ambaratonga sasany.Miorina amin'ny foto-kevitra mitovy amin'izany, nampiseho FE nohatsaraina ho an'ny famokarana C2H4 na C2H6 (32).Nasehon'izy io fa ny pH eo an-toerana ao amin'ny elektrôda dia azo ampitomboina amin'ny alàlan'ny fanitsakitsahana ny sakan'ny pore, ka nahatonga ny fihenan'ny vokatra C1 FE sy ny vokatra C2 FE.Ankoatr'izay, amin'ny alàlan'ny fampitomboana ny halalin'ny mason-koditra, ny vokatra fampihenana lehibe dia azo alaina avy amin'ny C2H4 mankany C2H6.Ny FE an'ny C2H6 dia nahatratra 46%.Satria ny zavatra simika dia voahidy ao anatin'ny mason-koditra mandritra ny ECR, ny fotoana fitehirizana maharitra ny mpanelanelana fototra nateraky ny pores lalina dia nohazavaina ho antony lehibe indrindra amin'ny fifantenana avo amin'ny hydrocarbon C2 feno.Ny Cu nanofibers avy amin'ny CuI dia nampiseho fifantenana avo amin'ny C2H6 (FE = 30% amin'ny -0.735 V versus RHE) (89).Ny morphologie anisotropika sy ny habetsan'ny CuI avy amin'ny Cu nanofibers dia afaka manatsara ny fahombiazan'ny fandrika amin'ny H2 voatsindry ary mampitombo ny FE amin'ny C2H6.

(A hatramin'ny C) Morphology na vokatry ny rafitra.(A) Ny hamafin'ny atôma (axe havia) sy ny tahan'ny atôma eo amin'ny sisiny (Nedge) amin'ny atôma amin'ny fiaramanidina (100) (N100) (axe havanana) mifandraika amin'ny halavan'ny sisiny (d).Naverina naverina nahazoana alalana avy amin'i John Wiley sy Sons (58).(B) Ny drafitry ny morphologie dia nahatonga ny fiovan'ny pH.Naverina naverina nahazoana alalana avy amin'i John Wiley sy Sons (68).(C) Selectivity vokatra ny mesopore varahina amin'ny samy hafa habe sy ny halalin'ny pore.Naverina naverina nahazoana alalana avy amin'i John Wiley sy Sons (32).(D hatramin'ny H) Ny vokatry ny ligand.(D sy E) ECR amin'ny nanowire varahina (Cu NW) misy karazana asidra amino (D) na modifiers (E) amin'ny −1.9 V. Naverina nahazoana alalana avy amin'ny Royal Society of Chemistry (35).(F) Ny tahan'ny famokarana C2H4 amin'ny elektrôlôly halida samy hafa miaraka amin'ny tanjaky ny adsorption samihafa amin'ny Cu(35).Naverina naverina nahazoana alalana avy amin'ny American Chemical Society (91).NHE, electrode hydrogène mahazatra.(G) FE amin'ny C2H4 sy CO amin'ny fifantohana samihafa amin'ny electrolytes KOH ary (H) Tafel slope ny C2H4 amin'ny fifantohana samihafa amin'ny electrolytes KOH.(G) sy (H) dia navoaka avy amin'ny American Association for the Advancement of Science (AAAS) (33).

Ny fanovana ny endrik'ilay catalyst amin'ny fampiasana molekiola kely dia paikady malaza iray hafa hanatsarana ny fahombiazan'ny ECR.Ity paikady ity dia mety hisy fiantraikany amin'ny microenvironment eo akaikin'ny surface catalyst, izay mety hampitony ny mpanelanelana fototra noho ny fifandraisana misy eo amin'ny ligand surface sy intermediate.Amine dia notaterina ho modifier hampiroborobo ny ECR (35).Ny asidra amino isan-karazany, anisan'izany ny glycine (Gly), dl-alanine (Ala), dl-leucine (Leu), dl-tryptophan (Tyr), dl-arginine (Arg), ary dl-tryptophan (Trp), dia nohadihadiana. Diniho ny fiantraikan'izy ireo amin'ny nanowires varahina (35).Araka ny asehon'ny sary 5D, ny ligin-acid amino rehetra dia afaka nanatsara ny fifantenana ny hydrocarbons C2 +.Ny fampivoarana toy izany dia manondro fa ny ─COOH sy ─NH2 vondrona miasa ao amin'ny asidra amine dia mety ho tompon'andraikitra amin'ny fanatsarana ny fifantenana ny ECR.Ny tatitra teo aloha dia mampiseho fa ny adsorption ny asidra amine eo amin'ny Cu surface dia tratra tamin'ny alalan'ny ─COOH sy ─NH2 vondrona (35, 90).Ny asidra stearic (C17H35COOH, RCO2H), izay tsy misy afa-tsy vondrona ─COOH, dia nofantenana hamantarana ny andraikitry ny ─COOH.Ny fanovana hafa, toy ny sira a-anthraquinone diazonium (AQ), sira o-nitrobenzene diazonium (PhNO2), ary dodecyl mercaptan (C12H25SH, RSH), izay tsy misy vondrona ─COOH na ─NH2, dia nohadihadiana ihany koa.Na izany aza, izy rehetra dia tsy tsara ho an'ny C2 + hydrocarbon FE fanatsarana (sary 5E).Ny kajy ara-teorika dia nanondro fa ny vondrona ─NH3+ ao amin'ny glycine zwitterionic adsorbed dia afaka mampitombina ny *CHO intermediate noho ny fifandraisany matanjaka, toy ny fatorana hydrogen.Ny fampidirana ny halide ions ao amin'ny electrolyte dia fomba iray hafa hanovana ny catalysts (91, 92).Araka ny asehon'ny sary 5F, ny taham-pamokarana C2H4 amin'ny Cu activated plasma dia mety hampitombo be amin'ny fanampian'ny additives halide.Naseho fa ny I− ion dia mavitrika kokoa noho ny Br− sy Cl−, mifanaraka amin'ny angovo adsorption mifanaraka amin'ny I−, Br−, ary Cl− amin'ny lafiny Cu(100) (91).Ankoatra ny halida, ny ion hydroxide dia misy fiantraikany tsara amin'ny fifantenana C2H4.Vao haingana, i Sargent sy ny mpiara-miasa (33) dia nitatitra ny fiovan'ny CO2-to-C2H4 miaraka amin'ny ~ 70% FE mampiasa electrolyte potassium hydroxide (KOH) (hatramin'ny 10 M) ao anaty sela mikoriana.Araka ny asehon'ny sary 5G, ny mety ho fanombohan'ny CO sy C2H4 amin'ny 10 M KOH electrolyte dia ambany kokoa raha oharina amin'ny 1 M KOH.Ankoatr'izay, ny tehezan'i Tafel (sary 5H) amin'ny fananganana C2H4 dia nihena tamin'ny fitomboan'ny fifantohana hydroxide (135 mV folo-1 ao amin'ny 1 M KOH ary 65 mV folo-1 amin'ny 10 M KOH), manoro hevitra ny famindrana ny tahan'ny ankapobeny- dingana mamaritra.Ny valin'ny Theory Functional Density (DFT) dia nanaporofo fa ny fisian'ny hydroxide mivondrona dia mety hampidina ny angovo mamatotra ny CO intermediate ary koa mampitombo ny tsy fifandanjan'ny fiampangana eo amin'ny atôma karbônina roa amin'ny mpanelanelana OCCO adsorbed.Vokatr'izany, ny mpanelanelana OCCO dia hiorina bebe kokoa amin'ny alàlan'ny fanintonana dipole matanjaka kokoa, mitarika amin'ny sakana angovo fampahavitrihana ho an'ny dimerization CO, izay hanatsara ny fampisehoana ankapobeny.

C2+ oxygenates toy ny ethanol (CH3CH2OH) dia sokajy lehibe iray hafa amin'ny vokatra ECR tena sarobidy.Ny fandrafetana indostrialy ny ethanol dia dingana manenika angovo, izay mandany ethylene na famatsiana ara-pambolena (40).Noho izany, ny famokarana electrocatalytika amin'ny ethanol na oksizenina C2 + hafa avy amin'ny CO2 dia miteraka fahatsapana ara-toekarena sy tontolo iainana.Satria ny famokarana ethanol avy amin'ny ECR dia nizara mpanelanelana farany tamin'ny C2H4 izay *C2H3O (43), ny hydrogenation voafantina an'io mpanelanelana io dia afaka manova ny lalan'ny ECR avy amin'ny C2H4 mankany amin'ny alikaola (64).Na izany aza, amin'ny ankamaroan'ny rafitra, ny fifantenana amin'ny oksizenina C2+ dia ambany lavitra noho ny hydrocarbon (31, 37, 39, 41, 42, 67).Noho izany, amin'ity fizarana ity dia hanasongadina ny paikadin'ny famolavolana electrocatalyst izay afaka mahatratra C2 + oxygenate FE mahavariana mihoatra ny 25%.

Araka ny voalaza etsy ambony, ny bimetallic catalysts voalamina tsara dia afaka manatsara ny fifantenana sy ny hetsika ho an'ny famokarana hydrocarbon C2 +.Ny paikady mitovy nefa tsy mitovy dia nampiasaina ihany koa mba hanatsarana ny fahombiazan'ny electrocatalytic ho an'ny C2 + oxygenates (38, 93, 94).Ohatra, ny catalyst Cu-Cu2O ao amin'ny Ag dia naneho ny fifantenana ny ethanol, ary ny ethanol FE ambony indrindra dia 34.15% (95).Ny sisin-tany biphasic ao amin'ny firaka Ag-Cu mifangaro amin'ny dingana, fa tsy ny tahan'ny atomika Ag / Cu, dia nofaritana ho antony fototra amin'ny famokarana ethanol.Koa satria ny tranokala Cu dia tena akaiky ny tranokalan'ny Ag amin'ny lamina mifangaro (Ag-Cu2OPB), ny tahan'ny fananganana ethanol intermediates ho an'ny santionany mifangaro amin'ny dingana dia azo ampitomboina raha ampitahaina amin'ny iray misaraka (Ag-Cu2OPS). ), mitarika ho amin'ny famokarana ethanol tsara kokoa.Ankoatra ny ethanol, ny Cu-Ag bimetallic NPs dia naseho ihany koa fa manova ny CO2 ho acetate miaraka amin'ny fanampiana benzotriazole (93).Amin'ny -1.33 V versus RHE, ny FE amin'ny acetate dia 21.2%.Lalan'ny fanehoan-kevitra roa no natolotra tamin'ity tranga ity: Ny iray dia mifototra amin'ny dimerization CO, ary ny iray dia eo amin'ny fampidirana CO, manasongadina ny anjara asan'ny CO intermediate formation amin'ny tranokala Ag mavitrika.Nisy fanamarihana mitovy amin'izany notaterina tao amin'ny catalyst Cu-Zn (sary 6, A ary B) ho an'ny famokarana ethanol (38).Amin'ny alàlan'ny fandrindrana ny votoatin'ny Zn ao amin'ny catalysts vita amin'ny Zn-Cu, ny tahan'ny ethanol amin'ny C2H4 FE dia azo fehezina tsara ao anatin'ny 0.48 hatramin'ny 6, manolo-kevitra ny maha-zava-dehibe ny tranokalan'ny CO-evolving ho an'ny fananganana oksizenina C2 +.Ny fiforonan'ny catalysts mitambatra dia mety hiteraka fiantraikany amin'ny fitaovana matrix, izay mety tsy tiana indraindray.Noho izany, ny lalana mivantana mankany amin'ny bimetallic catalysts dia mety kokoa ho an'ny vokatra kendrena sasany.Jaramillo sy ny mpiara-miasa (96) dia nanamboatra rafitra bimetallic Au-Cu notsorina, novolavolaina tamin'ny alàlan'ny fametrahana mivantana ny NP volamena eo amin'ny foil Cu polycrystalline, mba hanadihadiana ny vokatry ny catalysis tandem.Ny Au-Cu bimetallic dia naneho ny fifantenana sy ny asa atao amin'ny alikaola C2 +, mihoatra ny varahina sy volamena madio ary ny firaka Au-Cu.Raha ampitahaina amin'ny foil Cu, ny rafitra Au-Cu bimetallic dia nampiseho fitomboan'ny CO ao an-toerana noho ny fisian'ny Au NPs (sary 6C) izay mavitrika amin'ny famokarana CO.Satria tsy mavitrika amin'ny fampihenana CO ny volamena, ny taham-pamokarana toaka C2+ amin'ny catalysts bimetallic Au-Cu dia nomena ny mekanika catalysis tandem.Amin'ny ankapobeny, ny NP volamena dia mety miteraka CO eo an-toerana avo lenta eo akaikin'ny Cu surface.Manaraka izany, ny molekiola CO eo an-toerana be dia be dia azo ahena ho C2+ alcohols amin'ny Cu.

(A hatramin'ny C) vokatry ny Alloy.(A) FE ambony indrindra amin'ny ethanol sy C2H4 ary ny tahan'ny FE amin'ny ethanol sy ethylene amin'ny firaka Cu-Zn isan-karazany.(B) ampahany amin'izao fotoana izao hakitroky ny ethanol amin'ny isan-karazany Cu-Zn alloys.(A) sy (B) dia navoaka rehefa nahazo alalana avy amin'ny American Chemical Society (38).(C) Ny fihenan'ny CO2 sy ny tahan'ny fivoaran'ny CO amin'ny volamena, varahina ary ny rafitra bimetallic Au-Cu.Naverina naverina nahazoana alalana avy amin'ny Nature Publishing Group (96).(D hatramin'ny L) Morphology na vokatry ny rafitra.(D) Skema fanoharana momba ny fomba fihodinan'ny metaly ion.(E sy F) SEM sary amin'ny 100-cycle Cu alohan'ny (E) ary aorian'ny (F) ny prereduction eo ambanin'ny fepetra ECR.(G) TEM sy ny faritra voafantina electron diffraction nanolo-kevitra fa ny Cu(100) dia nipoitra ary (H) angovo maimaim-poana ho an'ny * OCCO sy * OCCHO fananganana amin'ny Cu(100), Cu(111), ary Cu(211).(D) hatramin'ny (G) dia naverina naverina nahazo alalana avy amin'ny Nature Publishing Group (42).(I) Ny tahan'ny oksizenina sy ny hydrocarbon ho toy ny fiasan'ny mety amin'ny Cu(111), Cu(751), ary Cu(100).(J) Laharana fandrindrana ny Cu(111), Cu(100), ary Cu(751).(I) sy (J) dia navoaka miaraka amin'ny fahazoan-dàlana avy amin'ny National Academy of Sciences (97).(K) Tetika ny fizotry ny fiovan'ny Cu NPs ho varahina toy ny cubic.Naverina naverina nahazoana alalana avy amin'ny National Academy of Sciences (98).(L) sary SEM amin'ny varahina nanodendritika mialoha sy aorian'ny ECR.Naverina naverina nahazoana alalana avy amin'ny American Chemical Society (99).

Ny fanehoana fifantenana amin'ny lafiny kristaly ho an'ny electrocatalysts dia naseho ho fomba mahomby sy mahitsy amin'ny fanatrarana ny FE mivoatra amin'ny vokatra ECR manokana ary fomba iray manan-danja amin'ny fahatakarana fototra.Ny synthesis tsotra nefa azo scalable amin'ny catalysts kristaly tokana dia sarotra.Nahazo aingam-panahy avy amin'ny fomba fiasa galvanostatic charging-discharging (GCD) ho an'ny bateria, ny vondronay dia namolavola fomba fitetezana metaly ion (sary 6D) mba hampisehoana ny endriky ny kristaly amin'ny catalyst Cu (42).Taorian'ny tsingerin'ny GCD 100, dia nisy andian-tsarimihetsika Cu nanocube miforona eo amin'ny foil Cu miaraka amin'ny lafiny (100) mibaribary (sary 6, E mankany G).Ny catalyst 100-cycle dia nanolotra FE alkohol C2 + amin'ny ankapobeny mihoatra ny 30% ary ny haavon'ny alikaola C2 + mifanaraka amin'izany dia mihoatra ny 20 mA cm−2.Na izany aza, ny Cu 10-cycle miaraka amin'ny tahan'ny ambany kokoa amin'ny lafiny (100) dia nanolotra afa-tsy C2 + toaka FE amin'ny ~ 10%.Ny simulation DFT dia nanamafy fa ny lafiny Cu (100) sy ny dingana (211) dia tsara kokoa ho an'ny C─C coupling amin'ny Cu (111), araka ny aseho amin'ny sary 6H.Modely catalyst, epitaxial Cu film miaraka amin'ny lafiny samy hafa miharihary, dia nampiasaina mba hamaritana ny mavitrika-toerana motifs mankany amin'ny C2 + oxygenate famokarana (sary 6I) (97).Koa satria tsy dia azo inoana loatra ho an'ny dimer CO* ny mifanakaiky amin'ny atoma H* amin'ny tany misy mpifanolo-bodirindrina vitsy kokoa, ny toerana Cu mirindra ambany kokoa dia mety hanakana ny fiforonan'ny hydrocarbon ary hitarika ho amin'ny FE oksizenina C2+ nohatsaraina satria sarotra kokoa ny mihidrôzenina. C─C mitambatra ECR intermediates eo amin'ny amboniny (97).Ao amin'ny fandalinana sarimihetsika Cu epitaxial, ny mpanoratra dia nanamafy fa ny ECR amin'ny lafiny Cu (751) dia nampiseho fanatsarana oxygenate / hydrocarbon ratio.Ity fampivoarana ity dia azo lazaina amin'ny géométrie atomika Cu amin'ny lafiny Cu samihafa sy ny isa mifanaraka amin'ny salan'isa ambany kokoa (sary 6J), izay nandrindrana ny atomika Cu, miaraka amin'ny mpifanolo-bodirindrina roa, efatra ary enina akaiky indrindra amin'ny Cu (751), Cu(100), ary Cu(111).Ny fanamboarana morphologie in situ koa dia nampiasaina hanatsarana ny C2+ oxygenate FE.Ny catalyst Cube mavitrika toy ny cube dia novolavolain'i Yang sy ny mpiara-miasa (98), izay nampiseho fanatsarana C─C fampifandraisana.Amin'ny antsipiriany, ny monodisperse Cu NPs (6.7 nm) miaraka amin'ny entana samihafa dia napetraka teo amin'ny fanohanan'ny taratasy karbaona ho toy ny catalyst ho an'ny ECR.Mazava ho azy fa ny fitomboan'ny FE amin'ny oksizenina C2 + dia voamarika tamin'ny fitomboan'ny entana Cu NP.Naseho fa ny Cu NPs feno hipoka eo ambanin'ny fepetra avo lenta dia nandalo fiovan'ny morphologique in situ nandritra ny ECR, izay niforona farany ny morphologies toy ny cube (sary 6K).Ity rafitra vao niforona ity dia hita fa mavitrika kokoa amin'ny electrocatalytically.Ny famakafakana Tafel dia nanoro hevitra fa ny dimerization CO no dingana mamaritra ny tahan'ny fananganana vokatra C2, fa ny an'ny n-propanol kosa dia nampiseho lalana miavaka amin'ity rafitra catalytic ity.Ny varahina nanodendritika dia ohatra iray hafa mampiseho ny maha-zava-dehibe ny fanaraha-maso ny morphologie amin'ny famokarana oksizenina C2 + (99).Raha fohifohy, ny totalin'ny FE an'ny nanodendrite varahina voafaritra tsara (sary 6L) ho an'ny alikaola C2 + dia manodidina ny 25% amin'ny -1.0 V versus RHE.Ny FE n-propanol mahavariana amin'ny 13% dia azo tratrarina amin'ny −0.9 V. Raha jerena ny asa ambony amin'ny atomika Cu, ny catalysts mifototra amin'ny varahina dia mijaly foana amin'ny fahasimbana ara-drafitra mandritra ny ECR, indrindra amin'ny overpotential avo lenta, izay mitarika ho amin'ny mahantra. fahamarinan-toerana.Na izany aza, ny varahina nanodendritika toy izany dia nampiseho fitoniana tsara ho an'ny famokarana alikaola, mampiseho ny FE alikaola ~ 24% mandritra ny 6 ora.

Ny lesoka amin'ny electrocatalysts, toy ny fahabangan'ny atoma sy ny dopants, dia mampiseho ny mety hisian'ny adsorbing intermediate ECR tsy mahazatra ary, noho izany, manatsara ny lalana mifanaraka amin'izany mankany amin'ny oxygenates (29, 43, 100).Maka * C2H3O ho ohatra, izay mety ho mpanelanelana penultimate ho an'ny famokarana ethylene sy ethanol, Sargent sy ny mpiara-miasa (43) dia nandinika ny anjara asan'ny kilema ao amin'ny akorandriaka Cu electrocatalyst amin'ny antsipiriany.Nasehon'izy ireo ara-teorika fa ny sakana angovo ho an'ny ethylene sy ny ethanol dia nitovitovy tamin'ny dingana voalohany C─C coupling (0.5-V overpotential) (sary 7A).Amin'ny toe-javatra toy izany, ny fampidirana ny fahabangan'ny varahina dia hampitombo kely ny sakana amin'ny angovo ho an'ny fananganana ethylene, saingy tsy nisy fiantraikany tamin'ny famokarana ethanol izany (sary 7B).Na izany aza, araka ny aseho ao amin'ny sary 7C, ny catalysts varahina miaraka amin'ny fahabangan-toerana sy ny dopant solifara ambanin'ny tany dia mety hampitombo be ny sakana amin'ny angovo ho an'ny lalan'ny ethylene, ka mahatonga azy ho tsy mety amin'ny thermodynamika.Na izany aza, ny fanovana toy izany dia nampiseho fiantraikany tsinontsinona eo amin'ny lalan'ny ethanol.Mbola nohamarinina andrana ihany ity tranga ity.Ny Cu2S-Cu vita amin'ny akorandriaka fototra miaraka amin'ny fahabangan-toerana be dia be (Cu2S-Cu-V; sary 7D) dia natambatra.Ny tahan'ny alikaola amin'ny ethylene dia nitombo avy amin'ny 0.18 amin'ny Cu NPs tsy misy dikany ho 0.34 amin'ny Cu2S-Cu tsy misy banga ary avy eo amin'ny 1.21 amin'ny Cu2S-Cu-V, na dia nitovy aza ny totalin'ny FE amin'ny vokatra C2 + ho an'ny catalyst rehetra (sary 7E) .Ity fandinihana ity dia nanondro fa ny fampiroboroboana ny fifantenana ny alikaola dia mifandray amin'ny fanafoanana ny famokarana ethylene, mifanaraka amin'ny valin'ny DFT.Ho fanampin'izay, manana anjara toerana lehibe kokoa ho an'ny catalyst karbônina tsy misy metaly ny injeniera kilema satria tsy miasa ho an'ny ECR ny fitaovana karbaona madio.Ny dopants toy ny nitrogen sy boron dia nampiasaina hanovana ny rafitra elektronika amin'ny catalyst mifototra amin'ny karbaona (31, 43, 100).Ohatra, ny horonan-tsarimihetsika nanodiamond (NDD) nitrogen-doped amin'ny substrate silisiôma dia navoakan'i Quan et al.(29) ho an'ny famokarana acetate mifantina avy amin'ny ECR (sary 7F).Ny tanjaky ny acetate dia ambany noho ny -0.36 V versus RHE mampiasa catalyst NDD, ary ny FE ho an'ny acetate dia mihoatra ny 75% amin'ny mety ho isan-karazany avy amin'ny -0.8 ka hatramin'ny -1.0 V versus RHE.Mba hahatakarana ny niandohan'ny fanatsarana mahatalanjona toy izany, dia nomanina sy nohadihadiana ny electrodes NDD/Si ​​miaraka amin'ny atiny azota na karazana azota (sary 7G).Ny mpanoratra dia nanatsoaka hevitra fa ny fahombiazan'ny NDD / Si catalyst ho an'ny ECR dia azo lazaina amin'ny avo lenta be loatra ho an'ny fivoaran'ny hydrogen sy ny N doping, izay nahitana karazana N-sp3C tena mavitrika amin'ny famokarana acetate.Ny angon-drakitra elektronika sy ny spectrum infrarouge in situ dia nanambara fa mety ho CO2 → *CO2− → *(COO)2 → CH3COO− ny lalana lehibe amin'ny fananganana acetate.Ankoatra ny azota, ny boron dia heteroatom hafa voazaha tsara mba hifehy ny rafitra elektronika nanodiamond.Na izany aza, ny nanodiamond boron-doped (BDD) dia nampihena ny CO2 ho formaldehyde na formate (101).Ankoatr'izay, Quan sy ny mpiara-miasa (102) dia naneho fa ny boron sy nitrogen co-doped nanodiamond (BND) dia nampiseho fiantraikany synergistic amin'ny ECR, izay afaka mandresy ny fetran'ny BDD ary avy eo dia mamokatra ethanol.BND1, BND2, ary BND3 catalysts miaraka amin'ny atiny azota samihafa sy ny haavon'ny doping boron mitovy dia nomanina.Araka ny asehon'ny sary 7H, ny fifantenana avo indrindra amin'ny ethanol hatramin'ny 93% dia azo tratrarina amin'ny catalyst BND3 amin'ny -1.0 V versus RHE, izay manana doping azota avo indrindra.Ny kajy ara-teorika dia naneho fa ny fizotry ny fifandraisana C─C amin'ny BND dia tsara indrindra amin'ny thermodynamika, izay ny atoma boron dia nampiroborobo ny fisamborana ny CO2 ary ny dopant azota dia nanamora ny fampidirana ny mpanelanelana mankany amin'ny ethanol.Na dia afaka namadika CO2 ho oxygenate multicarbon miaraka amin'ny fifantenana ambony aza ny nanodiamond heteroatom-doped, dia tena voafetra ny asan'ny ECR noho ny fizotry ny famindrana fiampangana miadana (latsaky ny 2 mA cm−2 ny hakitroky ankehitriny).Ny fitaovana mifototra amin'ny graphene dia mety ho vahaolana mety handresena ny lesoka amin'ny catalyst mifototra amin'ny diamondra.Ara-teorika, ny sisiny pyridinic N toerana ao amin'ny sosona graphene dia nalaina ho toerana mavitrika ho an'ny C─C coupling (103).Izany dia noho ny fisian'ny pyridinic N eo amin'ny sisin'ny toerana mety hanova ny CO2 ho CO, izay azo ampiarahina amin'ny molekiola C2+ (sary 7I).Ohatra, ny mpanelanelana *C2O2 dia azo apetraka amin'ny karbônina-doped azota izay misy ny atôma C roa mifamatotra amin'ny pyridinika N sy ny atoma C mifanila aminy (103).Ny vinavinan'ny teorika dia nohamarinina avy eo tamin'ny fampiasana catalysts graphene quantum dot (NGQD) azota (31).Taorian'ny fanapotehana ny takelaka graphene misy nitrogen-doped (1 hatramin'ny 3 μm) (sary 7J), dia azo ny NGQDs 1- hatramin'ny 3-nm izay nitombo ny hakitroky ny pyridinic N amin'ny tranokalan'ny sisiny amin'ny lamina telo.Amin'ny -0.78 V versus RHE, ny FE ambony indrindra ho an'ny oksizenina C2+ dia mety hahatratra hatramin'ny 26%.Ankoatr'izay, araka ny asehon'ny sary 7K, ny ampahany amin'izao fotoana izao ho an'ny oksizenina C2 + dia manakaiky ny 40 mA cm-2 amin'ny -0.86 V versus RHE, izay ambony lavitra noho ny nanodiamond novaina.Raha ampitahaina, ny teboka graphene quantum N-maimaim-poana sy ny oksidan'ny graphene N-doped, izay mampiseho ny pyridinic N amin'ny sisiny ambany kokoa, dia manome H2, CO, ary formate.

(A hatramin'ny C) Gibbs angovo maimaim-poana avy amin'ny *C2H3O mankany amin'ny ethylene sy ethanol ho an'ny varahina, varahina misy banga, ary varahina misy banga varahina sy solifara ambanin'ny tany.(D) Skema fanoharana momba ny catalyst Cu2S-Cu-V.(E) FE amin'ny alikaola C2+ sy ethylene, ary koa ny tahan'ny FE amin'ny alikaola amin'ny alkène.(A) ka hatramin'ny (E) dia navoaka nahazoana alalana avy amin'ny Nature Publishing Group (43).(F) sary SEM an'ny NDD.(G) Taham-pamokarana acetate sy formate amin'ny NDD miaraka amin'ny atiny azota samihafa.amin'ny %, atomika%.(F) sy (G) dia navoaka rehefa nahazoana alalana avy amin'ny American Chemical Society (29).(H) FE ho an'ny NDD, BDD, ary BND amin'ny −1.0 V. Naverina nahazoana alalana avy amin'i John Wiley sy Sons (102).(I) Skema fanoharana momba ny tranokala mavitrika ho an'ny C─C coupling amin'ny NGQDs.(I) dia navoaka nahazoana alalana avy amin'ny American Chemical Society (103).(J) Sary TEM an'ny NGQD.Scale bars, 1 nm.(K) Ampahany amin'izao fotoana izao ho an'ny vokatra isan-karazany mampiasa NGQDs.(J) sy (K) dia navoaka rehefa nahazoana alalana avy amin'ny Nature Publishing Group (31).

Ankoatry ny electrocatalysts, ny famolavolana maritrano electrode sy catalytic reactor dia manolotra lalana mahomby hafa hanamafisana ny fahombiazan'ny ECR, indrindra amin'ny tahan'ny famokarana sy ny fahombiazan'ny angovo.Nisy fanatsarana lehibe natao teo amin'ny famolavolana sy ny famoronana rafitra electroreduction vaovao mba hahazoana famokarana C2 + tena mahomby.Ato amin'ity fizarana ity, hiresaka momba ny ECR electrode / reactor famolavolana amin'ny antsipiriany.

Ny sela H-karazana dia ampiasaina betsaka amin'ny fitsapana amin'ny ambaratonga laboratoara, raha jerena ny fivoriany mora, ny fiasa mora ary ny vidiny mora.Ny sela dia manana cathode mahaleo tena sy efitrano anode izay mifamatotra amin'ny membrane-fanakalozana ion (104, 105).Ny tsy fahampiana voalohany amin'ity sela H-karazana ity dia ny tsy fahampian'ny CO2 ambany amin'ny electrolyte rano, izay 0,034 M ihany eo ambanin'ny toe-javatra manodidina, izay mitarika ho amin'ny fihenan'ny CO2 voafetra amin'izao fotoana izao amin'ny j <100 mA cm−2 (64).Ankoatr'izay, ny tsy fahampiana hafa, anisan'izany ny faritry ny electrode voafetra sy ny halaviran'ny interelectrode lehibe, dia tsy nahafeno ny fepetra takian'ny fikarohana (105, 106).Ho an'ny famokarana vokatra C2+, ny sela H-karazana matetika dia mampiseho fifantenana ambany amin'ny hery be loatra, ohatra, 32% ho an'ny ethylene amin'ny -0.98 V versus RHE (107), 13.1% ho an'ny n-propanol amin'ny -0.9 V versus RHE (99), ary 20.4% ho an'ny ethanol amin'ny −0.46 V versus RHE (108), noho ny fivoaran'ny hydrogène mifaninana mafy.

Mba hamahana ireo olana voalaza etsy ambony ireo dia natolotra ny reactor (15, 109).Ao amin'ny sela mikoriana, ny gazy CO2 stream azo ampiasaina mivantana ho toy ny feedstock ao amin'ny cathode, ka mitarika ho amin'ny fanatsarana be dia be ny diffusion faobe sy ny tahan'ny famokarana (104, 110).Ny sary 8A dia mampiseho ny maritrano mahazatra amin'ny sela mikoriana, izay misy membrane electrolyte polymer (PEM) natao ho toy ny separator electrode izay mipetaka eo anelanelan'ny fantsona roa.Ny catalyst dia tsy mihetsika eo amin'ny electrode diffusion entona (GDE) mba ho toy ny electrode cathode, izay mamahana mivantana ny gazy CO2.Ny catholyte, toy ny 0,5 M KHCO3, dia mikoriana tsy tapaka ao anatin'ny sosona manify eo anelanelan'ny electrode catalyst sy PEM.Ankoatra izany, ny lafiny anode dia matetika mivezivezy miaraka amin'ny electrolyte rano ho an'ny fihetsiky ny evolisiona oksizenina (43, 110).Raha ampitahaina amin'ny sela H-karazana, ireo sela mikoriana miorina amin'ny membrane dia mampiseho ny fahombiazan'ny ECR.Ohatra, i Sargent sy ny mpiara-miasa (43) dia nanombantombana ny fahombiazan'ny ECR ny catalyst Cu2S-Cu-V ao amin'ny sela H-karazana sy ny sela mikoriana, araka ny aseho amin'ny sary 8 (B mankany E).Amin'ny fampiasana sela H-karazana, ny FE ambony indrindra ho an'ny vokatra C2 + dia 41% miaraka amin'ny hakitroky amin'izao fotoana izao ~ 30 mA cm−2 eo ambanin'ny -0.95 V versus RHE.Na izany aza, ny FE ho an'ny vokatra C2 + dia nitombo hatramin'ny 53% miaraka amin'ny totaliny amin'izao fotoana izao mora mihoatra ny 400 mA cm−2 eo ambanin'ny -0.92 V versus RHE amin'ny rafitra mikoriana.Ny fanatsaràna manan-danja toy izany amin'ny fampiasana ny reactor dia azo lazaina amin'ny fiparitahan'ny CO2 nohatsaraina sy ny fanehoan-kevitra amin'ny sisiny, indrindra avy amin'ny rafi-pifandraisana triple-interface entona-electrolyte-catalyst eto an-toerana.

(A) Diagram ny electrolyzer mikoriana miaraka amin'ny schematic zoomed-in ny interface electrode-electrolyte.(A) dia navoaka rehefa nahazoana alalana avy amin'i John Wiley sy Sons (30).(B to E) Fampitahana ny fahombiazan'ny ECR amin'ny fampiasana sela H-karazana sy sela mikoriana.(B) ka hatramin'ny (E) dia naverina nahazoana alalana avy amin'ny Nature Publishing Group (43).(F hatramin'ny H) Elektrôlôty samihafa ampiasaina amin'ny sela mikoriana mifanohitra amin'ny fahombiazan'ny ECR.(F) ka hatramin'ny (H) dia naverina nahazoana alalana avy amin'i John Wiley sy Sons (30).(I hatramin'ny K) Ny rafitra sy ny fahamarinan-toeran'ny electrode diffusion entona mifototra amin'ny polymer.(I) ka hatramin'ny (K) dia naverina nahazo alalana avy amin'ny AAAS (33).

Ny sela tsy misy elanelana dia kilasy iray hafa mipoitra amin'ny electrolyzers, izay manaisotra bebe kokoa ny fantsona mikoriana ao amin'ny sela mikoriana ary manindry electrodes roa miaraka amin'ny membrane mifanakalo ion eo anelanelany.Ity fanitsiana ity dia mety hampihena be ny famindrana faobe sy ny fanoherana ny famindrana elektronika ary noho izany dia manatsara ny fahombiazan'ny angovo, ka mahatonga azy io ho azo atao kokoa amin'ny fampiharana azo ampiharina (110).Ny reactants ampiarahina amin'ny cathode dia mety ho catholyte-saturated CO2 na stream CO2 hamandoana.Ny enton-drano na ny electrolyte misy rano dia tsy maintsy alefa any amin'ny anode mba hamoahana proton mba hanonerana ny fiampangana ny karazana fihenan'ny CO2 (111).Gutiérrez-Guerra et al.(109) dia nanombantombana ny fahombiazan'ny catalyst hybrid Cu-AC ao amin'ny cellule gap zero ary nitatitra fa ny acetaldehyde no vokatra fototra miaraka amin'ny fifantenana avo 60%.Ny tombony hafa amin'ity fitaovana ity dia mora ny manindry ny fikorianan'ny reactant ary manatsara ny fifantohana CO2 eo an-toerana, ka miteraka density amin'izao fotoana izao sy ny tahan'ny fanehoan-kevitra (110).Na izany aza, ny taham-panakalozana ion haingana ao amin'ny sela misy banga aotra dia mirona amin'ny asidra ny catholyte, mamindra ny fanehoan-kevitra manoloana ny fivoaran'ny H2 fa tsy ny fihenan'ny CO2 (112).Mba hamahana ity olana ity, Zhou sy ny mpiara-miasa (112, 113) dia nampiditra sosona buffer miaraka amin'ny electrolyte rano mivezivezy eo anelanelan'ny cathode sy ny membrane mba hitazonana ny pH mety eo akaikin'ny cathode ho an'ny fihenan'ny CO2.Na dia hita aza ny vokatra C2+ isan-karazany amin'ny fototry ny sela tsy misy elanelana, anisan'izany ny acetone, ethanol ary n-propanol, dia mbola ambany ihany ny FE.Ny ankamaroan'ny fanadihadiana voalaza dia mifantoka hatrany amin'ny vokatra C1 izay misy isan'ny proton sy fifindran'ny elektrôna vitsy kokoa mandritra ny fanehoan-kevitra.Noho izany, ny fahafahan'ny cellule gap zero ho an'ny vokatra C2 + dia mbola miady hevitra (110).

Ankoatr'izay, ny cellule electrolytique microfluidic (MECs) dia karazana fikirakirana electrolyzer tena manintona novolavolain'i Kenis sy ny mpiara-miasa (39, 114).Amin'ity fitaovana ity, ny membrane dia nosoloina toerana manify (<1 mm ny hateviny) feno ranon-dranon'ny electrolyte mikoriana mba hanasarahana ny anode sy ny cathode.Ny molekiolan'ny CO2 dia afaka miparitaka haingana ao amin'ny interface electrode-electrolyte akaikin'ny cathode, ary ny GDE roa raikitra dia mikoriana amin'ny alàlan'ny electrolyte mikoriana.Raha ampitahaina amin'ny sela mikoriana mifototra amin'ny membrane, ny MEC dia tsy vitan'ny hoe misoroka ny vidin'ny membrane avo lenta fa manalefaka ihany koa ny fitantanana ny rano, izay manondro indrindra ny fanondrahana anode sy ny tondra-drano amin'ny cathode rehefa miasa amin'ny haavo avo amin'izao fotoana izao noho ny fisintonana osmotika ny molekiola rano miaraka amin'ny fitaterana proton avy amin'ny anode mankany amin'ny cathode manerana ny membrane (115).Araka ny fantatsika, na dia eo aza ny fahamendrehana sy ny zava-bitany, dia vitsy ny fanadihadiana nahazo ny vokatra C2 + tao amin'ny MEC tany am-boalohany.Izany dia azo inoana fa vokatry ny "mitsingevana" vokatry ny protons miforona ao amin'ny anode dia mora tatatra avy amin'ny cathode manodidina na hosasany amin'ny alalan'ny electrolyte mikoriana, fa tsy mandray anjara amin'ny proton maro takiana C2 + fananganana fanehoan-kevitra.Ny tombantombana dia azo hamafisina amin'ity ohatra manaraka ity.Ao amin'ny 2016, Kenis sy ny mpiara-miasa (31) dia nitatitra ny fahombiazan'ny fampihenana ny CO2 amin'ny vokatra C2 + amin'ny MEC novaina sy misy membrane, izay ahafahan'ny NGQD mampihena ny molekiola CO2 amin'ny C2 + miaraka amin'ny 55% FE (31% ho an'ny ethylene, 14% ho an'ny ethanol, 6% ho an'ny acetate, ary 4% ho an'ny n-propanol) amin'ny mety azo ampiharina amin'ny -0.75 V mifanohitra amin'ny RHE amin'ny vahaolana 1 M KOH.Zava-dehibe ny manamarika fa ny tontolo iainana electrolyte dia mety hisy fiantraikany lehibe amin'ny fisafidianana vokatra ihany koa.Ohatra, i Jiao sy ny mpiara-miasa (30) dia nanamboatra nanoporous Cu catalyst ary avy eo nanandrana ny fahombiazan'ny ECR tamin'ny fampiasana electrolytes samihafa (KHCO3, KOH, K2SO4, ary KCl) ao anaty MEC mifototra amin'ny membrane.Nambaran'izy ireo fa ny fihenan'ny CO2 amin'ny electrolyte alkaline (KOH) dia mampiseho ny fifantenana C2 + avo indrindra sy ny haavon'ny ankehitriny, araka ny aseho amin'ny sary 8 (F sy G).Amin'ny -0.67 V versus RHE ao amin'ny 1 M KOH electrolyte, ny FE azo ho an'ny C2 + dia mahatratra hatramin'ny 62% miaraka amin'ny ampahany amin'izao fotoana izao amin'ny 653 mA cm−2, izay anisan'ny avo indrindra amin'izao fotoana izao izay efa notaterina tamin'ny fampihenana CO2 electrochemical. ho an'ny vokatra C2+.Ethylene (38.6%), ethanol (16.6%), ary n-propanol (4.5%) no tena C2+ vokatra misy acetate kely.Nasongadin'izy ireo ihany koa fa misy fifamatorana mafy eo amin'ny pH kajy sy ny FE ho an'ny vokatra C2+: Arakaraky ny ambony ny pH ambonin'ny tany, ny haavon'ny density amin'izao fotoana izao ary ny vokatra C2+, araka ny asehon'ny sary 8H.Ny kajy ara-teorika dia nanolo-kevitra fa ny OH− ions akaiky dia afaka manamora ny fifandraisana C─C (31).

Ho fanampin'ny fanamafisana electrolyzer, ny electrolyte ampiharina amin'ny electrolyzers samihafa dia mety hanova tanteraka ny vokatra ECR farany.Araka ny voalazanay tetsy ambony, ny vahaolana KOH be alkaline dia ampiasaina amin'ny sela mikoriana miaraka amin'ny fampisehoana tsara fa tsy amin'ny sela H.Voalaza fa ny electrolyte KOH dia afaka manome conductivity electrolyte ambony kokoa, mampihena ny fanoherana ohmika eo amin'ny coating electrolyte manify amin'ny catalyst sy ny electrolyte betsaka, ary mampihena bebe kokoa ny overpotentials ilaina amin'ny fananganana C2+ (31).Ny valin'ny DFT dia manamafy bebe kokoa fa ny fisian'ny OH− ion dia mety hampidina ny sakana angovo ho an'ny dimerization CO, ka mampitombo ny fananganana C2 + ary manafoana ny fifaninanana amin'ny fananganana C1 sy H2 (30, 33).Na izany aza, ny KOH alkaline dia tsy azo ampiasaina ho electrolyte amin'ny sela H-karazana.Izany dia satria ny CO2 dia mihetsika haingana amin'ny vahaolana KOH ary farany dia mamorona vahaolana bikarbonate miaraka amin'ny pH tsy miandany amin'ny sela H-karazana (30).Ao amin'ny sela mikoriana anefa, rehefa miparitaka amin'ny GDE ny CO2, dia ho levona amin'ny dingana telo sisintany (CO2-catalyst-electrolyte) ny molekiola CO2 mba hamoronana vokatra mihena avy hatrany.Ho fanampin'izay, ny fahaiza-manaon'ny electrolyte mahantra dia afaka mampitombo haingana ny pH manodidina ny electrode amin'ny fanamafisana electrolyzer mijanona, fa ny electrolyte mikoriana kosa dia hamelombelona ny tany ary hampihena ny fiovaovan'ny pH ao amin'ny electrolyte (33, 116).

Araka ny voalaza teo aloha fa ny ECR dia fanehoan-kevitra mifehy ny diffusion, ny tsindry amin'ny fanehoan-kevitra avo dia mety hanatsara ny fifantohana CO2 betsaka sy ny interface.Ny reactors avo lenta mahazatra dia mitovy amin'ny autoclave vy tsy misy pentina, izay mety hampidirana CO2 avo lenta (hatramin'ny 60 atm) ao amin'ny sela, izay mitarika amin'ny fitomboana miavaka amin'ny FE sy ny hakitroky ny C2 + (117). , 118).Sakata sy ny mpiara-miasa (119) dia naneho fa ny hakitroky amin'izao fotoana izao dia azo hatsaraina ho 163 mA cm−2 ambanin'ny 30 atm amin'ny electrode Cu miaraka amin'ny ethylene ho vokatra lehibe.Maro ny catalysts metaly (ohatra, Fe, Co, ary Ni), tsy misy hetsika ho an'ny famokarana C2+ amin'ny fanerena manodidina, dia mety hampihena ny CO2 amin'ny ethylene, ethane, propane, ary vokatra C2+ avo lenta hafa amin'ny tsindry avo.Naseho fa ny fifantenana ny vokatra dia miankina tanteraka amin'ny fanerena CO2 amin'ny fomba fanovana ny fisian'ny CO2 eo amin'ny elektrôla (117, 120).Ny vokatra ahena lehibe dia novaina avy amin'ny H2 ho hydrocarbons (anisan'izany ny C2+) ary farany ho CO / HCOOH miaraka amin'ny fanerena CO2.Marihina fa ny fanerena CO2 dia tokony hojerena tsara satria ny fanerena CO2 avo loatra na ambany dia mety hiteraka taham-piparitahan'ny CO2 tafahoatra na voafetra, izay mirona amin'ny famokarana CO/HCOOH na H2.Ny habetsaky ny CO mpanelanelana sy ny hakitroky amin'izao fotoana izao izay miforona eo amin'ny elektrôda ihany no afaka manamora ny fihetsiky ny C─C ary manatsara ny fifantenana ny vokatra C2+ (119).

Ny famolavolana electrode vaovao miaraka amin'ny rafitra mandroso dia lalana manan-danja iray hafa hanatsarana ny famokarana C2 + voafantina.Tany am-piandohana, ny electrodes miasa dia nonporous metaly foils ary mijaly amin'ny malaina famindrana faobe (26, 105).Vokatr'izany, ny GDE dia natolotra mba hanamaivanana ny fahombiazan'ny sela mahantra amin'ny alàlan'ny fanomezana fantsona hydrophobic izay manamora ny fiparitahan'ny CO2 amin'ny singa catalyst (121).Ny GDE mahazatra matetika dia misy sosona catalyst (CL) sy sosona diffusion entona (GDL), araka ny hita eo amin'ny tapany ambany amin'ny sary 8A (30, 33).Ny interface entona-liquid-catalyst miforona ao amin'ny GDE dia tena ilaina amin'ny fanatsarana ny fahombiazan'ny sela.Ny GDL miangona miaraka amin'ny fitaovana porous (mazàna taratasy karbaona) dia afaka manome lalana CO2 be dia be ary miantoka ny tahan'ny diffusion electrolyte haingana.Izy io koa dia miasa ho toy ny fitaovam-pitaterana ambany fanoherana ho an'ny proton, elektronika ary vokatra fampihenana avy amin'ny CL mankany amin'ny electrolyte (121).Ny fanariana mitete, ny fanariana an-drivotra ary ny electrodeposition no teknolojia mahazatra amin'ny fanomanana ny GDEs (122).Ny catalysts nivory niaraka tamin'ny GDE dia nodinihina lalina tamin'ny fampihenana ny CO2 amin'ny vokatra C2 +.Marihina fa ireo sela mikoriana voalaza etsy ambony miaraka amin'ny fampisehoana tsara dia miaraka amin'ny GDE.Tany am-piandohan'ny taona 1990, i Sammells sy ny mpiara-miasa (123) dia nitatitra fa ny GDE voarakotra Cu dia nahatratra FE avo 53% ho an'ny ethylene miaraka amin'ny hakitroky avo 667 mA cm−2.Fanamby lehibe ny fanatsarana ny fifantenana ny ethylene sy ny ethanol izay amboarina hatrany amin'ny catalysts mifototra amin'ny Cu noho ny lalan'ny fanehoan-kevitra mekanika mitovy aminy.Ankoatr'izay, zava-dehibe ny manamarika fa ny vokatra avo lenta sy ny fifantenana ny ethylene raha oharina amin'ny ethanol dia voamarika amin'ny GDE miorina amin'ny Cu (25, 36).Gewirth sy ny mpiara-miasa (36) dia nampiseho FE tsara indrindra amin'ny 60% ho an'ny ethylene ary FE voasakana ho an'ny ethanol 25% amin'ny Cu-Ag GDE electrodeposited, rehefa nahatratra ~ 300 mA cm−2 amin'ny −0.7 V ny totalin'ny ankehitriny. RHE.Asa tsy fahita firy izay nahatratra ny fifantenana avo toy izany amin'ny hakitroky amin'izao fotoana izao.Ity fikarohana ity dia manolo-kevitra fa ny electrode nampidirina GDE dia manome làlana mampanantena amin'ny fanitsiana ny lalan'ny fanehoan-kevitra, izay ahafahan'ny fifantenana ny vokatra ahena amin'ny haavon'ny ankehitriny.

Olana lehibe tokony hodinihina ihany koa ny fahamarinan-toeran'ny GDE satria ilaina ny fampandehanana maharitra maharitra mba hahazoana fampiharana azo ampiharina amin'ny sela mikoriana.Na dia eo aza ny fahombiazan'ny CO2-to-C2 + miavaka amin'ny GDEs, dia mbola mahantra ny fitoniana noho ny fidiran'ny mekanika malemy amin'ny catalyst, GDL, ary ny sosona binder (77, 124).Mety hiova avy amin'ny hydrophobic ho hydrophilic ny efitr'ny karbaona ao amin'ny GDL mandritra ny fanehoan-kevitra elektrôkimika noho ny fihetsiky ny oxidation izay nitranga tamin'ny tondra-drano be loatra, izay mitarika amin'ny tondra-drano ao amin'ny GDL ary manakana ny lalan'ny diffusion CO2 (33).Mba hamahana ity olana ity, ny mpikaroka dia nampiditra scaffold hydrophobic polytetrafluoroethylene (PTFE) ao amin'ny GDE.Raha ampitahaina amin'ny hydrophilic Nafion, ny sosona PTFE hydrophobic dia manome fahamarinan-toerana maharitra maharitra (33).Sargent sy ny mpiara-miasa (33) dia nanangona ny Cu catalyst eo amin'ny PTFE misaraka sy ny karbaona NPs, izay ny hydrophobic PTFE sosona afaka immobilize ny NPs sy ny graphite sosona, dia toy izany no nanangana ny marin-toerana electrode interface tsara (sary 8, I sy J).Vokatr'izany, ny FE ho an'ny famokarana ethylene dia nitombo ho 70% amin'ny vahaolana 7 M KOH amin'ny hakitroky ankehitriny 75 hatramin'ny 100 mA cm−2.Ny androm-piainan'ity reactor mikoriana ity dia nitarina ho 150 ora mahery miaraka amin'ny fatiantoka azo tsinontsinoavina amin'ny fifantenana ethylene, izay 300 heny noho ny GDE nentim-paharazana, araka ny aseho amin'ny sary 8K.Ny rafitra sandwich toy izany dia naseho ho endrika GDE tena tsara.Ohatra, i Cui sy ny mpiara-miasa (124) dia nanamboatra firafitry ny trilayer miaraka amin'ny sosona electrode mavitrika nopotehina tamin'ny sarimihetsika polyethylene nanoporous hydrophobic roa.Ny sosona hydrophobic ivelany dia afaka mampiadana ny fikorianan'ny electrolyte avy amin'ny vahaolana betsaka, mitarika ho amin'ny pH eo an-toerana maharitra sy avo manodidina ny electrode miasa.Ny fanatsarana ny habaka interlayer, izay afaka manatsara ny fitaterana CO2 sy ny adsorption, dia zava-dehibe ihany koa amin'ny famolavolana toy izany (124).Vao haingana, ny nanotubes karbaona dia nampidirina tao amin'ny GDEs noho ny porosity avo, ny conductivity tsara ary ny hydrophobicity, izay mety hanamora ny fitaterana elektronika sy faobe (77).

Na dia eo aza ny fandrosoana mampientam-po amin'ny ECR, ny paikady ho an'ny famokarana vokatra C2+ amin'ny vidiny mirary dia zara raha misy (125).Amin'ity dingana ity, ny fanamby sy ny fahafaha-manao dia mifanandrify amin'ny fahazoana ny mekanika fanehoan-kevitry ny ECR sy ny fivarotana an'io teknolojia mampanantena io.

Amin'ny maha-vahaolana kanto hanakatona ny karbônina ary mitahiry angovo azo havaozina misesisesy, toy ny rivotra sy ny masoandro, dia nisy fandrosoana lehibe natao mba hahazoana fiovam-po CO2 mahomby tato anatin'ny folo taona lasa.Na dia lasa lavitra aza ny fahatakarana ireo dingana mifandraika amin'ny ECR hatramin'ny andro voalohany (126), ny C─C mampifandray amin'ny alàlan'ny ECR mankany amin'ny vokatra C2+ dia mbola tsy vonona amin'ny fampiharana azo ampiharina.Ao amin'ity famerenana ity, dia nijery tamin'ny antsipiriany ny paikady ankehitriny izay afaka mampiroborobo ny fifantenana sy ny taham-pamokarana ho an'ny vokatra C2 + amin'ny alàlan'ny ECR, ao anatin'izany ny fametahana tsara-catalyst, ny fiantraikany amin'ny electrolyte, ny fepetra electrochemical, ary ny famolavolana electrode / reactor electrochemical.

Na dia eo aza ny ezaka rehetra atao amin'ny ECR, dia mbola maro ny olana amin'ny catalysts amin'izao fotoana izao sy ny rafitra ECR izay tsy maintsy dinihina alohan'ny hanaovana varotra ECR.Voalohany, amin'ny maha-mpanao tombo-kase mahatsikaiky ny fiaraha-miasa C─C mahomby, Cu dia mijaly amin'ny olana ara-pahatoniana lehibe, indrindra amin'ny electrolyte rano, ary zara raha afaka miaina mandritra ny 100 ora noho ny fihetsehan'izy ireo atôma avo, ny fivondronan'ny singa ary ny fahasimban'ny rafitra eo ambanin'ny fepetra ECR.Noho izany, ny fomba hahatratrarana ny fahamarinan-toerana maharitra amin'ny fampiasana catalyst mifototra amin'ny Cu dia mbola fanamby misokatra.Ny fametrahana ny catalyst mifototra amin'ny Cu amin'ny fanohanana manokana miaraka amin'ny fifandraisana matanjaka dia mety ho tetika azo itokisana hitahiry ny firafitry ny catalyst/morphology ary noho izany dia mampitombo ny androm-piainany.Ankoatr'izay, ny fampiasana electrolyte membrane polymère hanoloana ny vahaolana aqueous mandritra ny ECR dia mety hanatsara bebe kokoa ny fahamarinan'ny catalyst mifototra amin'ny Cu.Ankoatra izany, avy amin'ny fomba fijery ny catalysts, in situ / in operando toetra teknika sy ny teorika modeling dia tokony ho ampiasaina ihany koa mba hanaraha-maso sy hahatakatra ny catalyst faharavan'ny, toy izany koa, manafoana ny fahasimbana sy ny fanapoizinana ny catalyst amin'ny ambaratonga ambany indrindra.Olana manan-danja iray hafa amin'ny catalysts ECR izay tokony hodinihina dia ny fanaovana ny protocol synthesis azo ampiasaina amin'ny famokarana faobe.Ho an'ity tanjona ity, ny fanamafisam-peo amin'ny fomba synthetic amin'ny alàlan'ny famatsiana be dia be no ilaina.

Faharoa, ny C2+ oksizenina avy amin'ny ECR dia matetika mifangaro amin'ny solutes (ohatra, KHCO3 sy KOH) ao amin'ny electrolyte ho an'ny reactors H- na mikoriana-sela nentim-paharazana, izay, na izany aza, dia mitaky fisarahana fanampiny sy fizotry ny fifantohana mba hamerenana ny rano madio vahaolana amin'ny solika. fampiharana azo ampiharina.Mandritra izany fotoana izany, ny hydrocarbon C2+ nivoatra dia mifangaro amin'ny H2 sy CO2 sisa.Noho izany, ny dingana fisarahana lafo vidy dia tena ilaina amin'ny teknolojia ECR ankehitriny, izay manakana ny ECR amin'ny fampiharana azo ampiharina.Noho izany, ny fomba mivantana sy mitohy mamokatra vahaolana solika rano madio sy hydrocarbon entona madio, indrindra amin'ny fifantohana vokatra avo, dia tena ilaina amin'ny fametrahana azo ampiharina ny ECR.Araka izany dia maminavina ny fitomboan'ny lanjan'ny famokarana mivantana ny vokatra madio amin'ny alàlan'ny ECR izahay ato ho ato, izay mety hitondra ny teknolojia ECR akaiky kokoa ny tsena (127).

Fahatelo, raha ny fananganana ny C─O sy C─H fatorana, toy ny ethanol, acetic asidra, ary ny ethylene, amin'ny teknolojia ECR dia nodinihina mafy, ny fikarohana karazana vokatra hafa dia zava-dehibe ihany koa ho an'ny teknolojia ECR ary mampiseho fahalianana ara-toekarena.Ohatra, vao haingana, Han sy ny mpiara-miasa (128) dia nitatitra ny famokarana 2-bromoethnol avy amin'ny ECR.Ny fananganana in situ amin'ny fatorana C─Br dia manova ny vokatra avy amin'ny ethanol ho 2-bromoethnol, izay singa manan-danja amin'ny synthesis simika sy pharmaceutique ary mampiseho sanda fanampiny.Noho izany, ankoatry ny vokatra C2+ efa nodinihina tsara amin'izao fotoana izao, dia mino izahay fa ny lasibatra amin'ny vokatra hafa tsy dia fahita firy toy ny asidra oxalic (129) sy ny synthesis molekiola C2 + sarotra kokoa toy ny kapoaky ny cyclic dia lalana iray hafa mampanantena ho an'ny fikarohana ECR ho avy.

Farany fa tsy ny kely indrindra, ny famolavolana electrode sy reactor vaovao toy ny GDE tantera-drano, ny sela mikoriana rano ary ny sela PEM dia tokony hampiasaina betsaka mba hanamafisana ny tahan'ny famokarana ECR ho amin'ny sehatra ara-barotra (> 200 mA cm−2).Na izany aza, ny tsy fitoviana lehibe amin'ny hetsika electrocatalytic dia hita hatrany rehefa ampiharina amin'ny fitsapana sela feno ny electrocatalysts.Noho izany, tokony hatao ny fandalinana rafitra kokoa mba hampihenana ny elanelana misy eo amin'ny fandalinana ny antsasaky ny sela sy ny fampiharana fitaovana feno sela mba hitondrana ny ECR avy amin'ny fitsapana amin'ny laboratoara ho amin'ny fampiasana azo ampiharina.

Raha fintinina, ny fampihenana ny CO2 electrochemical dia manome fahafahana tsara ho antsika hiatrika ny olan'ny tontolo iainana avy amin'ny entona maintso avoakan'ny asan'ny olombelona.Mampiseho ihany koa ny mety hahazoana solika sy akora simika madio amin'ny fampiasana angovo azo havaozina.Na dia mbola maro aza ny fanamby ho an'ny teknolojia ECR amin'izao fotoana izao, indrindra ho an'ny fizotry ny fifandraisana C─C, dia inoana fa miaraka amin'ny fitohizan'ny fikarohana sy ny fampandrosoana momba ny fanatsarana ny catalyst sy ny fahalavorariana sela, ny fomba fijerin'ny electrolysis CO2 tena izy ho an'ny solika madio. ary ho tanteraka tsy ho ela ny zavatra simika.

Ity dia lahatsoratra misokatra malalaka nozaraina araka ny fepetran'ny lisansa Creative Commons Attribution-NonCommercial, izay mamela ny fampiasana, fitsinjarana ary famokarana amin'ny fitaovana rehetra, raha toa ka tsy natao ho an'ny tombony ara-barotra ny vokatra ary raha toa ka araka ny tokony ho izy ny asa voalohany. voalaza.

FANAMARIHANA: Ny adiresy mailakao ihany no angatahanay mba ho fantatry ny olona atoronao ny pejy fa tianao ho hitan'izy ireo izany, ary tsy mailaka tsy misy dikany izany.Tsy maka adiresy mailaka izahay.

© 2020 American Association for the Advancement of Science.Zo rehetra voatokana.AAAS dia mpiara-miombon'antoka amin'ny HINARI, AGORA, OARE, CHORUS, CLOCKSS, CrossRef ary COUNTER. Fandrosoana ara-tsiansa ISSN 2375-2548.