د چاپیریال اندیښنو او د انرژۍ لیږد په رڼا کې، د ارزښت اضافه ملټي کاربن (C2+) سونګونو او کیمیاوي موادو ته د بریښنا کیمیاوي CO2 کمول (ECR) د نوي کیدونکي بریښنا په کارولو سره، د اضافي اقتصادي ګټو سره د کاربن دورې تړلو لپاره یو ښکلی اوږدمهاله حل وړاندې کوي.په هرصورت، په اوبو کې د الکترولیتیک C─C جوړه کول لاهم د ټیټ انتخاب، فعالیت او ثبات له امله یوه پرانیستې ننګونه ده.د کتلستونو او ریکټورونو ډیزاین د دې ننګونو د حل کولو کلیدي لري.موږ د ECR له لارې د اغیزمن C─C جوړه کولو څرنګوالي په اړه وروستي پرمختګونه لنډیز کوو، په الکتروکاتالیستونو او الکتروکاتالیټیک الکتروډ/ریاکټر ډیزاین او د دوی اړوند میکانیزمونو باندې ټینګار سره.سربیره پردې ، د C2+ محصول تولید لپاره اوسني خنډونه او راتلونکي فرصتونه بحث کیږي.موږ موخه دا ده چې د بنسټیز پوهاوي او تخنیکي غوښتنلیکونو په برخه کې د لا پراختیا او الهام لپاره ټولنې ته د عصري C─C یو ځای کولو ستراتیژیو مفصله بیاکتنه وړاندې کړو.

په اتموسفیر کې د کاربن ډای اکسایډ (CO2) ډیر خوشې کول د چاپیریال جدي پایلې رامینځته کړي او همدارنګه د بشري ټولنو لپاره بیړني او احتمالي نه بدلیدونکي ګواښ وړاندې کوي (1, 2).لکه څنګه چې په اتموسفیر کې د CO2 غلظت د 1800 په لومړیو کې د 270 ppm (په ملیون برخې برخې) څخه د جولای په 2015 کې 401.3 ppm ته په چټکۍ سره لوړ شو، په ټوله نړۍ کې د کاربن فوټ پرینټ د بیا سایکل کولو په اړه اجماع د بشري فعالیتونو لخوا جذب شوي (3, 4).د کاربن فوټوپرنټ لپاره د نږدې لوپ د پوهیدو لپاره، یو احتمالي طریقه دا ده چې د اوسني انرژۍ او کیمیاوي صنعتونو انحصار د فوسیل تیلو څخه لیرې د نوي کیدونکي سرچینو لکه لمر او باد (5-8) ته واړوي.په هرصورت، د دې نوي کیدونکي سرچینو څخه د انرژي برخه یوازې د 30٪ پورې محدوده ده د دوی د موقتي طبیعت له امله، پرته لدې چې د لوی پیمانه انرژي ذخیره کولو لپاره لارې شتون ولري (9).له همدې امله، د بدیل په توګه، د نقطو سرچینو څخه د CO2 نیول لکه د بریښنا فابریکې، وروسته په کیمیاوي موادو او سونګ توکو بدلول، په عملي توګه د اعتبار وړ دي (9-12).د نوي کیدونکي بریښنا په کارولو سره د بریښنایی کاټلیټیک CO2 کمول (ECR) د تبادلو لپاره اړین نرم عملیاتي شرایطو له امله د ښکلي اوږدمهاله حل استازیتوب کوي ، په کوم کې چې ارزښت اضافه محصولات په انتخابي ډول تولید کیدی شي (13).لکه څنګه چې په شکل کې په 1 شکل کې ښودل شوي، په دې پروسه کې، الیکټرو کیمیکل الکترولزر CO2 او اوبه په کیمیاوي موادو او سونګ موادو بدلوي چې د نوي کیدونکي بریښنا لخوا پرمخ وړل کیږي.پایله لرونکی تېل د اوږدې مودې ذخیره کولو وړتیا لري او هم توزیع یا مصرف کیدی شي ، CO2 د اصلي کثافاتو په توګه ورکوي ، کوم چې به نیول کیږي او بیرته ریکټور ته تغذیه کیږي ترڅو لوپ بند کړي.برسېره پردې، د ECR څخه د وړو مالیکولونو کیمیاوي تغذیه [د مثال په توګه، کاربن مونو اکساید (CO) او فارمیټ] د ډیر پیچلي کیمیاوي ترکیب لپاره د خامو موادو په توګه کارول کیدی شي.

سونګ او کیمیاوي توکي د ECR څخه د تړل شوي کاربن دورې سره ترلاسه کیدی شي چې د نوي کیدونکي انرژي سرچینو لکه لمر ، باد او هایدرو لخوا پرمخ وړل کیږي.د حجرو انجینرۍ او کتلست انجینري د لوړ انرژي کثافت سره ارزښت لرونکي C2+ محصولاتو ته د CO2 تبادلې لپاره انتخاب ، فعالیت او موثریت ته وده ورکولو لپاره کلیدي رول لوبوي.

په هرصورت، CO2 یو خورا مستحکم خطي مالیکول دی چې د قوي C═O بانډ (750 kJ mol−1) (14) سره دی، دا د الکترو کیمیکل بدلون لپاره ستونزمن کوي.په دې توګه، دا د لوړ فعالیت خنډ ته اړتیا لري، کوم چې په پایله کې د پام وړ اضافي امکاناتو لامل کیږي (15).برسېره پردې، په اوبو کې ECR د څو الکترون/پروټون لیږد پروسې سره یوځای د یو شمیر مختلف احتمالي عکس العمل منځګړیو او محصولاتو (16-18) سره یوځای کوي، دا خورا پیچلي کوي.جدول 1 د اصلي ECR محصولاتو نیمه الیکټرو کیمیکل ترموډینامیک عکس العملونه لنډیز کوي ، پشمول د CO ، میتان (CH4) ، میتانول (CH3OH) ، فارمیک اسید (HCOOH) ، ایتیلین (C2H4) ، ایتانول (CH3CH2OH) او داسې نور. ورته معیاري ریډکس پوټینشنونه (19).په عموم کې، د ECR پروسې په جریان کې، CO2 مالیکولونه لومړی د کتلست په سطح کې د اتومونو سره جذب او تعامل کوي ترڅو *CO2− جوړ کړي، بیا وروسته د مختلف وروستي محصولاتو په لور د پروټونونو او/یا الکترونونو مختلف پړاوونه لیږدوي.د مثال په توګه، CH4 داسې انګیرل کیږي چې د لاندې لارو له لارې جوړیږي: CO2 → *COOH → *CO → *CHO → *CH2O → *CH3O → CH4 + *O → CH4 + *OH → CH4 + H2O (20).

شکل 2A د راپور شوي ECR الکتروکاتالیستونو لپاره د مختلف تولید نرخونو (اوسني کثافت) لاندې د فارادیک موثریت (FE) لنډیز کوي ، کوم چې د عکس العمل محصول انتخاب څرګندوي (21-43).د پام وړ، په داسې حال کې چې د عصري الکتروکاتالیستونه کولی شي CO2 د C1 محصولاتو (CO یا شکل) ته د 95٪ FE څخه ډیر د لوړ تولید نرخ لاندې بدل کړي (>20 mA cm−2 د H-ډول حجرو لپاره او> 100 mA cm−. 2 د فلو حجرو لپاره) (9, 21, 22, 25, 28, 44, 45), خورا غوره انتخاب (>90%) او د ډیرو موجود ملټي کاربن (C2+) کیمیاوي موادو موثر تولید تر دې دمه ندی احساس شوی.دا د دې حقیقت له امله دی چې د C2+ محصولاتو سره یوځای کول سطح ته د ډیری CO2 مالیکولونو رسیدلو او جذب ته اړتیا لري، د ګام په لور بدلون، او ځایي موقعیت (13).د مشخص کیدو لپاره، لکه څنګه چې په 2B انځور کې ښودل شوي، د *CO منځګړیو وروسته غبرګونونه د ECR وروستی C2+ محصولات ټاکي.په عموم کې، C2H6 او CH3COO− ورته *CH2 منځګړیتوب شریکوي، کوم چې د *CO د پروټون جوړ شوي الکترون لیږد مرحلو څخه رامینځته کیږي.د *CH2 نور پروتونیشن *CH3 منځګړیتوب ورکوي، کوم چې د *CH3 dimerization له لارې د C2H6 د جوړیدو لامل کیږي.د C2H6 نسل برعکس، CH3COO− په *CH2 کې د CO داخلولو په واسطه رامینځته کیږي.*CO dimerization د C2H4، CH3CH2OH، او n-propanol (n-C3H7OH) جوړښت لپاره د نرخ ټاکلو مرحله ده.د الکترون لیږد او پروتونیشن مرحلو له لړۍ وروسته، *CO─CO ډیمر *CH2CHO منځګړیتوب جوړوي، کوم چې د C2H4 او C2H5OH لپاره د انتخاب ټاکلو مرحلې په توګه کار کوي.برسېره پردې، دا وموندل شوه چې د *CH2CHO څخه C2H4 ته کمول د *CH3CHO څخه C2H5OH (46) ته د بدلولو په پرتله د انرژی کم خنډ لري، کوم چې کیدای شي د C2H4 لپاره د C2H5OH په ډیری مسو کتلستونو کې لوړ FE تشریح کړي.برسېره پردې، ثبات لرونکي C2 منځګړیتوب کولی شي د CO داخلولو له لارې n-C3H7OH ته انتقال کړي.د C2+ کیمیاوي جوړښت په جریان کې پیچلي او د کنټرول نه کیدونکي عکس العمل لارې په عمده توګه د پروټونیشن سایټونو ته د ډیرو نورو اجازو له امله دي، د غیر الکترو کیمیکل ګام احتمالي ښکیلتیا سره (19, 47).د دې په څیر، د خورا انتخابي الیکټروکاټلیسټونو ډیزاین په لوړ حاصل کې د ځانګړي C2+ محصول جوړښت لپاره یو شرط دی.په دې بیاکتنه کې، موږ موخه دا ده چې د ECR له لارې د انتخاب C2+ محصول تولید لپاره د الکتروکاټیلیست ډیزاین کې د ستراتیژیو وروستي پرمختګونه روښانه کړو.موږ د اړوند میکانیزمونو د پوهاوي لنډیز هم وړاندې کوو.د الیکټروډ او ریکټور ډیزاین به هم ټینګار وکړي ترڅو وښیې چې څنګه د ECR مؤثره، باثباته او په لویه کچه عملیات ترلاسه کړي.سربیره پردې ، موږ به د ارزښت اضافه C2+ کیمیاوي موادو ته د CO2 بریښنایی کیمیکل تبادلې لپاره پاتې ننګونو او راتلونکي فرصتونو په اړه بحث وکړو.

(A) د راپور شوي ECR الکتروکاتالیستونو لپاره د مختلف تولید نرخونو (اوسني کثافت) لاندې FE (21-43, 130).(B) د ECR په جریان کې ډیری ممکنه C2+ لارې.د امریکایی کیمیاوي ټولنې په اجازې سره بیا تولید شوی (47).

په کیمیاوي تیلو او فیډ سټاکونو کې د CO2 الکتروکاتالیټیک بدلون د کاربن غیر جانبدار انرژي دورې ترلاسه کولو لپاره یو احتمالي ټیکنالوژي ده (11).په هرصورت، د C2+ محصولاتو FE لاهم د عملي غوښتنلیک څخه لرې دی، چیرته چې د عصري کتلستونه د C2 محصولاتو تولید ته اجازه ورکوي شاوخوا 60٪ FE (13, 33) سره، پداسې حال کې چې د C3 تولید له 10٪ څخه کم دی. FE (48، 49).د CO2 څخه د C2+ محصولاتو کمولو لپاره متضاد کتلست ته اړتیا لري چې خورا همغږي شوي مورفولوژیکي او بریښنایی ملکیتونه لري (50, 51).کټالیټیک سطح ته اړتیا لري چې د منځګړیتوبونو تر مینځ د پیمانه کولو اړیکې مات کړي (47, 52, 53).برسېره پر دې، د C─C بانډ جوړونې ترلاسه کولو لپاره، د کتلست په سطح کې جذب شوي غبرګون منځګړیتوبونه باید یو بل ته نږدې وي.سربیره پردې، د یو ځانګړي C2+ محصول په لور د ابتدايي جذب شوي منځګړیتوب څخه لاره باید ښه کنټرول شي ځکه چې د څو پروټون په مرسته د الکترون لیږد مرحلو له امله.د C2+ محصولاتو په لور د CO2 کمولو لوړ پیچلتیا په پام کې نیولو سره، الکتروکاټیلیستونه باید د انتخاب زیاتوالي لپاره په احتیاط سره جوړ شي.د منځنیو ډولونو او کیمیاوي ترکیبونو له مخې، موږ د C2+ محصولات په ملټي کاربن هایدروکاربن او اکسیجنیټ (4، 54) کې طبقه بندي کوو.د ځانګړي C2+ مالیکول تولید لپاره خورا مؤثره الکټروکاټلیسټانو ته د رسیدو لپاره ، د کتلست ډیزاین ډیری ستراتیژیانې لکه د هیټروټوم ډوپینګ ، کریسټال اړخ تنظیم کول ، مصر / ډیالوینګ ، د اکسیډیشن حالت تونینګ ، او د سطحي لیګنډ کنټرول ښودل شوي (35, 41, 55-61) .غوره ډیزاین باید په منطقي توګه پورته ذکر شوي اغیزې په پام کې ونیسي او ګټې اعظمي کړي.که نه نو، په دې پوهیدل چې کوم فعال سایټ محرک د داسې ځانګړي کتلایټیک چلند لامل کیږي ممکن د C─C جوړه کولو لپاره دقیق کتلست ډیزاین باندې نور هم روښانه کړي.له همدې امله، د ځانګړو محصولاتو (ملټي کاربن هایدرو کاربن او اکسیجنیټ) لپاره د ECR کتلست ډیزاین کولو څرنګوالی او اړوند میکانیزم به پدې برخه کې بحث وشي.

C2+ هایدروکاربنونه، لکه C2H4، د مختلفو کیمیاوي صنعتونو لکه د پولیتیلین تولید (62، 63) لپاره د کیمیاوي موادو سره تړاو لري.برسېره پردې، دا په مستقیم ډول د ویلډینګ لپاره د سونګ یا په طبیعي ګاز کې د مخلوط برخې په توګه کارول کیدی شي (12).د CO (Fischer-Tropsch synthesis) او CO2 هایدروجنشن د اوږدې مودې لپاره په صنعتي پیمانه د C2+ هایدرو کاربن تولید لپاره کارول کیږي مګر د لوړ انرژي مصرف او چاپیریال اغیزو له امله ننګونه کیږي (64).په بشپړ ډول برعکس، د نوي کیدونکي انرژۍ په کارولو سره د بریښنا کیمیاوي CO2 کمول یوه پاکه او دوامداره لاره چمتو کوي.د C2+ هایدرو کاربنونو (32, 33, 65-70) په لور د اغیزمن الکټروکاټلیستونو رامینځته کولو لپاره عالي هڅې ترسره شوي.

Bimetallic electrocatalysts په پراخه کچه څیړل شوي ترڅو د بریښنایی کیمیکل CO2 تبادلې په جریان کې د پیمانه کولو اړیکه مات کړي، کوم چې کولی شي کلیدي منځګړیتوب ثبات کړي او ډیر احتمال کم کړي او په دې توګه، په پایله کې، انتخاب زیات کړي (71-74).پداسې حال کې چې د الیاژ موادو لړۍ په شمول د Au-Cu، Ag-Cu، Au-Pd، او Cu-Pt د C1 تولید لپاره د لوړ موثریت لپاره ښودل شوي چې د مهم منځګړیتوب (73, 75) په ثبات سره، د C2+ هایدروکاربن جوړښت په لور د مصر اغیز ښکاري. ډیر پیچلی وي (76).د مثال په توګه، د Cu-Ag بایمتالیک سیسټم کې، د محصول ویش په اسانۍ سره د Ag او Cu (77) سطحې اټومي تناسب سره په اسانۍ سره کنټرول کیدی شي.د سطحي Cu - بډایه نمونه د هایدرو کاربن تولید لپاره غوره کیږي، پداسې حال کې چې د سطحې Ag-rich محصولات د CO لخوا تسلط لري، د الیاید ECR الکتروکاتالیستونو لپاره د اټومي تناسب اهمیت په ګوته کوي.د سیمه ایز اټومي ترتیب له امله رامینځته شوي جیومیټریک اغیز کولی شي د منځګړیتوبونو پابند ځواک باندې د پام وړ اغیزه وکړي.Gewirth او همکارانو (36) وښودله چې د Cu-Ag الیاژ د اضافی کنټرول الیکٹروډیپوزیشن څخه د C2H4 لپاره ~ 60٪ FE د الکلین جریان الکترولزر (انځور 3، A او B) کې ښودل شوي.په دې حالت کې، غوره شوي C2H4 انتخاب د مورفولوژي او د Ag-loading توننګ لخوا ترلاسه کیدی شي.داسې انګیرل کیږي چې د Ag سایټونه د ECR په جریان کې د CO د جوړولو لپاره د ترویج کونکي رول لوبوي.بیا، د CO منځنۍ مناسب شتون کولی شي په ګاونډي Cu کې د C─C جوړه کولو کې مرسته وکړي.سربیره پردې، Ag کولی شي د Cu-Ag کتلست ترکیب (Fig. 3C) په جریان کې د Cu2O جوړښت ته وده ورکړي، چې په پایله کې د C2H4 تولید موثریت لوړیږي.دا همغږي د C─C جوړه کولو کتلستونو د پراختیا لپاره نوي امکانات پرانیزي.سربیره پردې، د مصر په سیسټم کې د مختلف فلزونو مخلوط کولو نمونه کولی شي د ECR محصولاتو ویش هم وټاکي.د مثال په توګه د Pd-Cu الیاژ کارول (3D انځور)، کینس او ​​همکارانو (71) وښودله چې د مرحلې څخه جلا شوي Pd-Cu کتلست کولی شي د ترتیب شوي او ګډوډ شوي په پرتله د C2H4 لپاره ترټولو غوره انتخاب (~ 50٪) وړاندې کړي. همکاراند d-band د تیورۍ له مخې، په عموم ډول، د لیږد فلز د ټیټ d-band مرکز سره د فلزي سطحونو کې د وضعیت په منځ کې د منځګړیتوب ضعیف پابند ښیي (78).پداسې حال کې چې د مرحلې څخه جلا شوي Pd-Cu مصر د Cu نانو پارټیکلز (NPs) سره د CO لپاره ورته کتلایټیک انتخاب او فعالیت ښودلی ، دا د Pd ټونینګ لخوا د منځګړیتوب لپاره په بشپړ ډول مختلف پابند ځواک وړاندیز کړی.لکه څنګه چې په 3E شکل کې ښودل شوي، د پړاو څخه جلا شوي Cu-Pd الیاژ ترټولو ټیټ پروت د d-band مرکز ښودلی، پداسې حال کې چې د Cu NP ترټولو لوړ دی.دا وړاندیز کوي چې د مرحلې څخه جلا شوي Cu-Pd مصر د CO منځګړیتوب لپاره ترټولو ټیټ پابند ځواک درلود.دا مشاهده پدې معنی ده چې د جیومیټریک او جوړښت اغیز ممکن د مرحلو څخه جلا شوي Cu-Pd الیاژ قضیه کې د هایدروکاربن انتخاب غوره کولو لپاره د بریښنایی اغیزې څخه ډیر رول ولوبوي.تر نن نیټې پورې، یوازې خالص مسو یا د مسو پر بنسټ مصر د CO2 څخه C2+ هایدروکاربنونو ته د بریښنا کیمیاوي کمولو لپاره غوره انتخاب او فعالیت ښیي.په دې توګه، دا خورا اړینه ده چې د ECR څخه د C2+ هایدروکاربن تولید لپاره یو نوی الکتروکاټیلیست رامینځته کړي.د CO2 هایدروجنیشن څخه الهام اخیستل، یوې لومړنۍ څیړنې ښودلې چې د مختلف مرحلو سره د Ni-Ga الیاژ د C2H4 نسل (79) لپاره کارول کیدی شي.دا وښودله چې د Ni5Ga3 فلم کولی شي CO2 د C2H4 او ایتان (C2H6) ته کم کړي.که څه هم د C2+ هایدرو کاربنونو په لور FE له 5٪ څخه کم دی، دا ممکن د الیکټروکاټیلیست سکرینینګ لپاره د C─C ترکیب په لور د الیاژ اغیزې پراساس نوي لینونه پرانیزي.

(A to C) Cu-Ag bimetallic catalysts چې د اضافه کنټرول شوي الکترودپوزیشن لخوا جوړ شوي: (A) د Cu تار سکین کول الکترون مایکروسکوپي (SEM) د Cu تار، Cu-Ag پولی، او Cu-Ag تار او (B) ورته C2H4 FE.(C) EXAFS وښودله چې د Cu-Ag تار په یو ډول مخلوط شوی او Cu (I) اکسایډ وړاندې شوی.(A) تر (C) د امریکایی کیمیاوي ټولنې په اجازې سره بیا تولید شوي (36).(D او E) Cu-Pd کتلستونه د مختلف مخلوط کولو نمونو سره: (D) انځور، د لیږد الکترون مایکروسکوپي (TEM) انځورونه، او د ترتیب شوي، ګډوډ شوي، او پړاو څخه جلا شوي Cu-Pd الیاژ او (E) د انرژي توزیع کونکي سپیکٹروسکوپي عنصر نقشې ) د سطحي والینس بانډ فوتومیشن سپیکٹرا او د فرمي کچې په پرتله د Cu-Pd الیاژ د d-band مرکز (عمودي کرښه).(D) او (E) د امریکایی کیمیاوي ټولنې په اجازې سره بیا تولید شوي (71).au، خپلمنځي واحدونه.

د مصر د اغیزو سربیره، د اکسیډیشن حالتونو مینځل یو بل لوی اصل دی چې د الکتروکاټلیسټونو فعالیت تنظیموي، کوم چې کولی شي د موادو محلي بریښنایی جوړښت اغیزه وکړي.د کتلست د اکسیډیشن حالت لپاره لومړی مثال د اکسایډ څخه ترلاسه شوي موادو کارول دي.د کټالیست په سطحه یا د کټالیست په سطحه کې د اکسیجن پاتې شوي ډولونه د وضعیت کمولو وروسته کولی شي د فلزي مرکز اکسیډیشن حالت تنظیم کړي.د مثال په توګه، د پلازما اکسیډیز شوي Cu د C2H4 په لور د 60٪ څخه ډیر انتخاب ښودلی، کوم چې د کمولو په وړاندې مقاومت لرونکي Cu+ (37) پورې تړاو لري.د دې تصدیق کولو لپاره چې Cu+ د لوړ ایتیلین انتخاب لپاره کلیدي پیرامیټر دی، موږ د مختلف پلازما (انځور 4A) په کارولو سره د کنټرول تجربې ترسره کړې.په حالت کې د سخت ایکس رې جذب سپیکٹروسکوپي نور هم وښودله چې په (فرعي) سطحې طبقه کې پاتې شوي اکسایډونه د کمولو حالت په وړاندې مستحکم دي، د پام وړ Cu+ ډولونه د 1 ساعت کمولو وروسته د −1.2 V په پرتله د بیرته راګرځیدونکي لوړ ظرفیت سره پاتې کیږي. هایدروجن الکترود (RHE).برسېره پردې، د سول-جیل مسو آکسیکلورایډ څخه د مسو الیکټروډیشن یوځل بیا تایید کړه چې د سطحې ثبات Cu+ ډولونه کولی شي د C2H4 (61) انتخاب ته وده ورکړي.د مسو کتلست د اکسیډیشن حالت د مختلف پلي شوي پوټینشنونو لاندې د نرم ایکس رې جذب سپیکٹروسکوپي کې د وخت حل شوي په کارولو سره تعقیب شوی.د Cu2+ څخه Cu+ ته د لیږد لومړنی مرحله ډیره چټکه ده.په هرصورت، Cu0 ته د Cu+ ډولونو نور الیکرو کیمیکل کمښت خورا ورو دی.د Cu+ نوعو شاوخوا 23٪ حتی د −1.2 V په مقابل کې د RHE (4B شکل) لاندې د 1 ساعت دوامداره کمښت وروسته هم پاتې کیږي.میخانیکي مطالعاتو ښودلې چې د Cu+ او Cu0 تر مینځ انٹرفیس د منځګړیتوبونو ترمینځ د الیکټروسټاټیک کشش لامل کیږي ځکه چې د *CO@Cu+ C اتوم په مثبت ډول چارج شوی ، پداسې حال کې چې د *CO@Cu0 په منفي ډول چارج شوی (80) ، کوم چې په پایله کې ، اتوم ته وده ورکوي. د C─C بانډ جوړوي او په دې توګه C2+ هایدروکاربن تولیدوي.د اکسایډ څخه ترلاسه شوي موادو سربیره، د مسو نايټرایډ (Cu3N) هم د (فرعي) سطح Cu+ ډولونو ترلاسه کولو لپاره کارول کیده ترڅو د *CO (81) د ډیمیریزیشن انرژي خنډ کم کړي.برسېره پردې، د آکسایډ څخه اخیستل شوي Cu سره پرتله کول، د Cu3N څخه اخیستل شوي Cu+ ډولونه حتی ډیر باثباته دي (انځور 4C).د پایلې په توګه، د نایټریډ څخه اخیستل شوي مسو کتلست د C2H4 لپاره د 39 ± 2٪ FE نندارې ته وړاندې کوي، د خالص Cu (~23٪) او د اکسایډ څخه اخیستل شوي Cu (~28٪) څخه ښه فعالیت کوي.د پورته ذکر شوي Cu+/Cu کتلیتیک سیسټم سره ورته، بورون د Cuδ+ (41) معرفي کولو او ثبات لپاره د هیټرواتوم ډوپینټ په توګه کارول شوی.د مسو اوسط اکسیډریشن حالت د بوران ډوپینټ غلظت په بدلولو سره له +0.25 څخه تر +0.78 پورې کنټرول کیدی شي.د دولتونو اټکل شوي کثافت وښودله چې برقیان له مسو څخه بورون ته لیږدول شوي، چې د مسو په مثبت ډول چارج شوي سایټونو ته لیږدول کیږي.د بورون ډوپ شوي مسو د *CHO منځګړیتوب د جوړښت انرژي زیاته کړې او په دې توګه د C1 محصولاتو په لور د عکس العمل لاره فشاروي.برسېره پردې، دا کولی شي د ملټي کاربن هایدروکاربونونو په لور انتخاب زیات کړي د *CO dimerization عکس العمل انرژی (Fig. 4D).د مسو د اوسط سطحي اکسیډریشن حالت په ښه کولو سره، د ~ 80٪ لوړ C2 FE د ~ 53٪ C2H4 سره د مسو د اوسط اکسیډریشن حالت +0.35 (انځور 4E) الندې ترلاسه کیدی شي.تر اوسه پورې، په مسو کې فعال ځایونه په مختلفو مطالعاتو کې د ECR لپاره د Cu0، Cuδ+، او/یا د دوی د انٹرفیس په توګه پیژندل شوي (39, 41, 42, 81, 82).په هرصورت، فعال سایټ څه شی دی اوس هم بحث کیږي.پداسې حال کې چې د هیټرواتوم ډوپینګ - هڅول شوي Cuδ+ کتلستونه د C2+ محصولاتو په لور د ECR لپاره خورا فعال ښودل شوي ، د یوځل رامینځته شوي نیمګړتیاو او انٹرفیسونو څخه همغږي اغیزه باید په پام کې ونیول شي.له همدې امله، په عملیاتي ځانګړتیاوو کې سیستماتیک باید رامینځته شي ترڅو د مسو په سطح کې فعال مرکز وپیژني او د عکس العمل شرایطو لاندې د فعال سایټونو د بدلون احتمالي حالت وڅاري.سربیره پردې ، د مثبت چارج شوي مسو ثبات د بریښنایی کیمیکل کمولو شرایطو کې بله اندیښنه ده.د مستحکم Cuδ+ سایټونو سره کتلست ترکیب کولو څرنګوالی یوه ننګونه ده.

(A) د مختلف پلازما فعال مسو کتلستونو د C2H4 انتخاب لنډیز.د فطرت خپرونکي ګروپ (37) په اجازې سره بیا تولید شوی.پیمانه بارونه، 500 nm.(B) د Cu اکسیډیشن حالت نسبت د عکس العمل وخت سره په −1.2 V کې د RHE په مقابل کې په الکترو ډیپوز شوي مسو کې.د فطرت خپرونکي ګروپ (61) په اجازې سره بیا تولید شوی.(C) د Cu-on-Cu3N یا Cu-on-Cu2O کې د RHE په مقابل کې -0.95 V کې د عکس العمل وخت فعالیت سره د Cu+ ډولونو تناسب.د فطرت خپرونکي ګروپ (81) په اجازې سره بیا چاپ شوی.(D) د بورون ډوپینګ د مسو په سطحه کې د CO د اوسط جذب انرژي بدلولو توان درلود او د CO─CO dimerization انرژي ټیټه کړه.1[B]، 2[B]، 3[B]، 4[B]، او 8[B] د مسو په کتلستونو کې د فرعي سطحې بوران ډوپینګ غلظت ته اشاره کوي، کوم چې 1/16، 1/8، 3/ وو. 16، 1/4، او 1/2 په ترتیب سره.(E) د بورون ډوپ شوي مسو کتلستونو کې د C2 یا C1 محصولاتو د اکسیډیشن حالت او FE ترمنځ اړیکه.(D) او (E) د فطرت خپرونکي ګروپ (41) په اجازې سره بیا تولید شوي.(F) د مسو ورقونو SEM انځورونه د Cu2O فلمونو مختلف ضخامت سره مخکې (پورته) او وروسته (لاندې) ECR.د امریکایی کیمیاوي ټولنې په اجازې سره بیا تولید شوی (83).

د برقی جوړښت سربیره، د اکسایډ څخه اخیستل شوي مواد هم کولی شي د وضعیت کمولو پروسې په جریان کې د مورفولوژي یا جوړښت ارتقاء لامل شي.د مورفولوژي یا جوړښت له نظره، د اکسایډ څخه ترلاسه شوي الکتروکاتالیستونو الیکټرو کیمیکل فعالیت د فعالو غلو سرحدونو، څنډو، او ګامونو (83-85) جوړولو ته منسوب شوی.ییو او همکارانو (83) د مختلف ضخامت سره د الیکټروډیپوزیټ Cu2O فلمونو کې د C─C انتخابي ترکیب راپور ورکړ (انځور 4F).په سیټو رامان سپیکٹروسکوپي کې څرګنده شوه چې د Cu2O فلمونو سطحه د ECR (83) په جریان کې مستحکم فلزي Cu0 ته راټیټه شوې.د پایلې په توګه، فلزي Cu0 د Cu+ ډولونو یا Cu+/Cu0 انٹرفیس پرځای د کتلټیک فعال مرکز په توګه تایید شوی.د Cu2O فلزي Cu0 ته د کمولو په پروسه کې، د کتلست سطح احتمال لري چې د ګامونو، څنډو، او چتونو په بڼه وي.دا په ګوته شوي چې جوړ شوي مرحلې او څنډې د چتونو په پرتله ډیر فعال دي، د *CO سره د دوی د قوي پابندۍ څخه سرچینه اخلي، کوم چې کولی شي د *CO څخه *CHO یا *CH2O ته نور هایدروجنیټ کړي.برسېره پردې، د څنډې Cu اتومونه د *CHO او *CH2O جوړښت ته وده ورکولو لپاره یو پروموټر دی.مخکیني کار وړاندیز وکړ چې *CHO او *CH2O منځګړیتوبونه د C─C جوړونې لپاره د *CO په پرتله په متحرکاتو کې ډیر مناسب دي (86).د سطحې مورفولوژي تنظیمولو سره، د *CHO او *CH2O منځګړیو کیمیسورپشن انرژی مطلوب کیدی شي.په دې څیړنه کې، لیکوالانو وموندله چې د C2H4 FE له 40 څخه تر 22٪ پورې کم شوی کله چې دوی د Cu2O پتلی فلم ضخامت له 0.9 څخه 8.8 μm ته لوړ کړ.دا د کم همغږي شوي Cu غلظت له امله دی چې د Cu2O ضخامت زیاتوالي سره وده کوي.دا کم همغږي شوي اتومونه کولی شي په کلکه د H سره وتړي او په دې توګه د C─C جوړه کولو په پرتله د هایدروجن ارتقاء لپاره ډیر غوره دي.دې کار ښودلې چې د اکسایډ څخه ترلاسه شوي مسو کتلست کولی شي د چارج شوي Cuδ+ ډولونو معرفي کولو پرځای د سطحې مورفولوژي بیارغونې له لارې C2H4 انتخاب د پام وړ لوړ کړي.د اکسایډ څخه ترلاسه شوي کتلستونو په کارولو سره، ایتان (C2H6) هم په انتخابي ډول د پیلاډیم (II) کلورایډ (PdCl2) په الیکټرولایټ (34) اضافه کولو سره تولید شوی.دا وښودله چې د Cu2O ترلاسه شوي Cu په سطحه جذب شوي PdClx د C2H6 تحول لپاره حیاتي رول لوبولی.په ځانګړې توګه، CO2 لومړی د Cu2O څخه اخیستل شوي فعال Cu سایټونو کې C2H4 ته کم شوی، او بیا جوړ شوی C2H4 به د جذب شوي PdClx په مرسته هایدروجن شي ترڅو C2H6 تولید کړي.د C2H6 FE د PdCl2 په مرسته له <1 څخه 30.1٪ ته لوړ شوی.دا کار وړاندیز کوي چې د ښه تعریف شوي ECR کتلست او الیکټرولایټ اضافه کولو ترکیب ممکن د ځانګړي C2 + محصول تولید لپاره نوي فرصتونه خلاص کړي.

مورفولوژي او/یا د جوړښت مقررات د کتلیتیک انتخاب او فعالیت تعدیل کولو لپاره د بلې بدیل ستراتیژۍ استازیتوب کوي.د کتلست اندازه، شکل، او افشا شوي اړخونو کنټرول د ECR فعالیت ښه کولو لپاره په پراخه کچه ښودل شوي (58, 87, 88).د مثال په توګه، د Cu(100) اړخ په داخلي توګه د C2H4 نسل لپاره غوره شوی، پداسې حال کې چې د Cu (111) کتلست څخه غالب محصول میتان (CH4) (87) دی.د مختلف شکلونو او اندازو سره د Cu nanocrystals په مطالعې کې، بوونسنتي او همکارانو (58) د کیوب په شکل د مسو نانوکریسټالونو (انځور 5A) کې د C2H4 انتخاب د غیر مونوټونک اندازې انحصار څرګند کړ.په داخلي توګه، د کیوبیک Cu نانوکریسټالونو د (100) اړخونو د برتری له امله د کروی Cu nanocrystals په پرتله د C2H4 لوړ فعالیت او انتخاب ښودلی.د مکعب Cu کوچنۍ کرسټال اندازه کولی شي د لوړ فعالیت وړاندیز وکړي ځکه چې د ټیټ همغږي شوي سطحې سایټونو لکه کونجونو، ګامونو، او کنکونو د زیاتوالي غلظت.په هرصورت، د ټیټ همغږي شوي سایټونو قوي کیمیسورپشن د لوړ H2 او CO انتخاب سره مل و، چې پایله یې په ټولیزه توګه د هایدروکاربن FE ټیټه وه.له بلې خوا، د الوتکې سایټونو ته د څنډې سایټونو تناسب د ذرو اندازې زیاتوالي سره کم شوی، کوم چې د C2H4 تولید فعالیت هم اغیزه کوي.لیکوالانو ښودلې چې د منځني اندازې مسو نانوکوبونه د 44-nm څنډې اوږدوالی سره د ذرې اندازې او د څنډې سایټونو کثافت ترمینځ د مطلوب توازن له امله ترټولو لوړ C2H4 انتخاب ښودلی.سربیره پردې، مورفولوژي کولی شي د ECR په جریان کې محلي pH او ډله ایز ټرانسپورټ اغیزه وکړي.دا په ډاګه شوي چې د کتلست سطحې په شاوخوا کې لوړ محلي pH، چې د OH− په حالت کې رامینځته کیږي، د پروټون شامل غبرګون لاره فشاروي.د پایلې په توګه، د C2+ هایدروکاربن جوړښت د *CO dimerization له لارې وده کولی شي، او CH4 د *COH منځګړیتوب له لارې رامینځته کیدی شي مخنیوی وشي.د مسو نانوائر صفونه (انځور 5B) ښودل شوي ترڅو د محلي pH (68) زیاتوالی ترلاسه کړي.د عام ډول کارول شوي الکترولیت په توګه، د CO2 سنتر شوي پوټاشیم بای کاربونیټ (KHCO3) محلول به په چټکۍ سره محلي OH− (HCO3− + OH− = CO32− + H2O) بې طرفه کړي او محلي pH کم کړي.د یو اوږد شوي مایکرو جوړښت سره، د Cu nanowire arrays کې د HCO3 خپریدل په یو څه ډول کمزوری کیدی شي ترڅو د ځایی OH− لپاره د بې طرفه کولو اغیز تر یوې کچې پورې ودرول شي.د ورته اصولو پر بنسټ، د مسو میشونه په دقیق ډول کنټرول شوي میسوپورس (انځور 5C) د C2H4 یا C2H6 تولید (32) لپاره لوړ شوي FE ښودلي.دا وښودله چې د الیکټروډ په سطح کې سیمه ایز pH د سوری عرض په کمولو سره لوړ کیدی شي، په پایله کې د C1 محصول FE کم شوی او د C2 محصول FE لوړ شوی.برسېره پردې، د سوري ژوروالي په زیاتولو سره، د کمښت لوی محصول د C2H4 څخه C2H6 ته ټاکل کیدی شي.د C2H6 FE د 46٪ په څیر لوړ و.څرنګه چې کیمیاوي مواد د ECR په جریان کې په سوري کې محدود شوي دي، د ژورو سوراخونو له امله د کلیدي منځګړیو اوږد مهاله ساتلو وخت د سیتر شوي C2 هایدروکاربن په لور د لوړ انتخاب اصلي لامل په توګه تشریح شوی.د CuI څخه اخیستل شوي Cu nanofibers هم د C2H6 (FE = 30٪ په −0.735 V په مقابل کې RHE) (89) ته لوړ انتخاب ښودلی.د انیسوټروپیک مورفولوژي او د CuI څخه ترلاسه شوي Cu nanofibers لوړه سطحه خړپړتیا کولی شي د جذب شوي H2 د ټریپ کولو موثریت ته وده ورکړي او پدې توګه د C2H6 FE زیات کړي.

(A to C) مورفولوژي یا جوړښت اغیزې.(A) د اتومونو کثافت (کیڼ محور) او په څنډه سایټونو کې د اتومونو تناسب (Nedge) په (100) الوتکه (N100) (ښي محور) کې د اتومونو سره د څنډې اوږدوالی (d) پورې اړه لري.د جان ویلی او سنز په اجازې سره بیا تولید شوی (58).(ب) د مورفولوژي سکیم د pH د بدلون لامل شوی.د جان ویلی او سنز په اجازې سره بیا تولید شوی (68).(C) د میسوپور مسو د محصول انتخاب د مختلف سوري اندازو او ژورو سره.د جان ویلی او سنز په اجازې سره بیا تولید شوی (32).(D to H) د لیګنډ اغیزې.(D او E) ECR د مسو په نانووایر (Cu NW) کې د مختلف ډوله امینو اسیدونو (D) یا ترمیم کونکو (E) سره په −1.9 V کې. د کیمیا د شاهي ټولنې په اجازې سره بیا تولید شوی (35).(F) د C2H4 د تولید نرخ په مختلفو هیلایډ الیکټرولیتونو کې په Cu(35) کې د مختلف جذب ظرفیت سره.د امریکایی کیمیاوي ټولنې په اجازې سره بیا تولید شوی (91).NHE، نورمال هایدروجن الکترود.(G) د C2H4 او CO FE د KOH الکترولیتونو مختلف غلظت کې او (H) د C2H4 ټافیل سلیپ د KOH الکترولیتونو مختلف غلظت کې.(G) او (H) د ساینس د پرمختګ لپاره د امریکایی انجمن (AAAS) څخه بیا تولید شوي (33).

د وړو مالیکولونو په کارولو سره د کتلست سطح تعدیل د ECR بریښنایی کیمیکل فعالیت ښه کولو لپاره بله مشهوره تګلاره ده.دا ستراتیژي کولی شي د کتلست سطح ته نږدې مایکرو چاپیریال اغیزه وکړي، کوم چې کیدای شي د سطحي لیګنډ او منځګړیتوب ترمنځ د تعامل له امله کلیدي منځګړیتوبونه ثبات کړي.امین د ECR (35) ته وده ورکولو لپاره د بدلون کونکي په توګه راپور شوی.مختلف امینو اسیدونه، پشمول د ګلیسین (Gly)، dl-alanine (Ala)، dl-leucine (Leu)، dl-tryptophan (Tyr)، dl-arginine (Arg)، او dl-tryptophan (Trp) په شمول، څیړنه شوي. د مسو نانووایر باندې د دوی اغیزې مطالعه کړئ (35).لکه څنګه چې په 5D کې ښودل شوي، د امینو اسید پر بنسټ ټول لیګانډونه د دې وړتیا لري چې د C2+ هایدروکاربن انتخاب ښه کړي.دا ډول زیاتوالی وړاندیز کوي چې په امینو اسید کې ─COOH او ─NH2 فعال ګروپونه شاید د ECR د غوره انتخاب لپاره مسؤل وي.پخوانیو راپورونو ښودلې چې د Cu په سطح کې د امینو اسیدونو جذب د دواړو ─COOH او ─NH2 ګروپونو (35,90) له لارې ترلاسه شوی.سټیریک اسید (C17H35COOH, RCO2H) چې یوازې ─COOH ګروپ لري، د ─COOH رول پیژندلو لپاره غوره شوی و.نور تعدیل کونکي، لکه د انتراکینون ډیازونیم مالګه (AQ)، o-نایتروبینزین ډیازونیم مالګه (PhNO2)، او ډوډیسیل مرکاپتان (C12H25SH، RSH)، چې نه ─COOH او نه ─NH2 ګروپونه لري، هم تحقیق شوي.په هرصورت، دا ټول د C2+ هایدروکاربن FE د ښه والي لپاره مثبت ندي (انځور 5E).تیوریکي محاسبې په ګوته کوي چې په جذب شوي zwitterionic glycine کې ─NH3 + ګروپونه کولی شي *CHO منځګړیتوب د دوی د قوي تعامل له امله ثبات کړي، لکه د هایدروجن بانډونه.په الکترولیت کې د هالایډ ایونونو معرفي کول د کتلستونو د تعدیل بله لاره ده (91, 92).لکه څنګه چې په 5F کې ښودل شوي، د پلازما فعال شوي Cu کې د C2H4 تولید کچه د هیلایډ اضافه کولو په مرسته د پام وړ زیاتوالی موندلی شي.دا وښودل شوه چې I− ion د Br− او Cl− څخه ډیر فعال دی، په Cu(100) اړخ (91) کې د I−، Br−، او Cl− د ورته جذب انرژی سره موافق دی.د هالایډونو سربیره، هایدروکسایډ آئن هم د C2H4 انتخاب باندې مثبت اغیزه ښودلې.په دې وروستیو کې، سارجنټ او همکارانو (33) په یوه جریان حجره کې د متمرکز پوټاشیم هایدروکسایډ (KOH) الکترولیټ (تر 10 M پورې) په کارولو سره د CO2-to-C2H4 تبادله ~70% FE سره راپور ورکړ.لکه څنګه چې په 5G کې ښودل شوي، په 10 M KOH الکترولیټ کې د CO او C2H4 د پیل احتمال د 1 M KOH په پرتله خورا ټیټ و.برسېره پردې، د C2H4 جوړښت د تافیل سلپونه (Fig. 5H) د هایدروکسایډ غلظت زیاتوالي سره کم شوي (135 mV لسیزه-1 په 1 M KOH کې او 65 mV لسیزه-1 په 10 M KOH کې)، د ټولیز اندازې لیږد وړاندیز کوي- ګام ټاکل.د کثافت فعالیت تیوري (DFT) پایلو ثابته کړه چې د متمرکز هایدروکسایډونو شتون کولی شي د CO انټرمیډیټ پابند انرژي کمه کړي او همدارنګه د جذب شوي OCCO منځګړیو کې د دوه کاربن اتومونو ترمینځ د چارج عدم توازن زیات کړي.د پایلې په توګه، د OCCO منځګړیتوب به د قوي ډیپول جذب له لارې نور هم ثبات ومومي، چې د CO dimerization لپاره د کم فعالیت انرژي خنډ المل کیږي، چې بیا به په ټولیز ډول فعالیت ښه کړي.

C2+ اکسیجنیټ لکه ایتانول (CH3CH2OH) د خورا قیمتي ECR محصولاتو بله لویه کټګوري ده.د ایتانول صنعتي ترکیب یوه انرژي لرونکې پروسه ده، کوم چې په زیاته اندازه ایتیلین یا زراعتي تغذیه هم مصرفوي (40).په دې توګه، د CO2 څخه د ایتانول یا نورو C2+ اکسیجنونو الکتروکاتالیټیک تولید خورا اقتصادي او چاپیریال احساس کوي.څرنګه چې د ECR څخه ایتانول تولید د C2H4 سره یو پایلي منځګړیتوب شریک کړ چې *C2H3O (43) دی، د دې منځګړیتوب انتخابي هایدروجنیشن کولی شي د ECR لارې له C2H4 څخه الکولو (64) ته واړوي.په هرصورت، په ډیری سیسټمونو کې، د C2+ اکسیجنونو لپاره انتخاب د هایدروکاربنونو په پرتله خورا ټیټ دی (31, 37, 39, 41, 42, 67).په دې توګه، پدې برخه کې، موږ به د الکتروکاټیلیست ډیزاین ستراتیژۍ روښانه کړو چې کولی شي د 25٪ څخه ډیر اغیزمن C2+ اکسیجنیټ FE ترلاسه کړي.

لکه څنګه چې پورته بحث وشو، ښه ډیزاین شوي بایمتالیک کتلستونه کولی شي د C2+ هایدروکاربن تولید لپاره انتخاب او فعالیت ته وده ورکړي.د C2+ اکسیجنیټونو (38, 93, 94) لپاره د الکتروکاتالیټیک فعالیت ښه کولو لپاره ورته مګر ورته نه ورته ستراتیژي هم کارول شوې.د مثال په توګه، د Ag-incorporated Cu-Cu2O کتلستونو د ټونبل ایتانول انتخاب ښودلی، او د ایتانول تر ټولو لوړ FE 34.15٪ (95) و.د فیز مخلوط شوي Ag-Cu الیاژ کې د بایفاسیک حد، د Ag/Cu اټومي تناسب پرځای، د ایتانول انتخابي تولید لپاره د کلیدي فکتور په توګه پیژندل شوی.څرنګه چې د Cu سایټ په مرحله کې مخلوط شوي نمونې (Ag-Cu2OPB) کې د Ag سایټ ته خورا نږدې دی، د مرحلې مخلوط نمونې لپاره د ایتانول منځګړیتوب کچه کیدای شي د مرحلې جلا شوي نمونې (Ag-Cu2OPS) په پرتله وده ومومي. )، د ایتانول تولید غوره فعالیت لامل کیږي.د ایتانول سربیره، Cu-Ag bimetallic NPs هم ښودل شوي چې CO2 د بینزوتریازول (93) اضافه کولو سره په اسټیټ بدل کړي.په −1.33 V د RHE په مقابل کې، د acetate FE 21.2% و.په دې قضیه کې دوه احتمالي عکس العمل لارې وړاندیز شوې: یوه د CO ډیمیرائزیشن پراساس ده، او بله یې د CO داخلولو پورې اړه لري، په فعال Ag سایټونو کې د CO منځمهاله جوړښت مهم رول په ګوته کوي.ورته مشاهده د ایتانول تولید (38) لپاره په Cu-Zn کتلستونو (شکل 6، A او B) کې راپور شوې.په Zn-Cu alloyed catalysts کې د Zn د محتوياتو په تنظیمولو سره، د ایتانول نسبت د C2H4 FE په پرتله د 0.48 څخه تر 6 پورې په ښه توګه کنټرول کیدی شي، د C2+ اکسیجنیټ جوړښت لپاره د CO-تخیر شوي سایټونو اهمیت وړاندیز کوي.د الیاید کتلستونو جوړول ممکن په میټریکس موادو باندې د فشار اغیز رامینځته کړي ، کوم چې ځینې وختونه مطلوب نه وي.په دې توګه، د bimetallic کتلستونو په لور مستقیمه لاره ممکن د ځینې هدف لرونکي محصولاتو لپاره خورا مناسب وي.جارامیلو او همکارانو (96) یو ساده Au-Cu بایمتالیک سیسټم جوړ کړ، چې په پولی کریسټالین Cu ورق کې د سرو زرو NPs مستقیم زیرمه کولو سره ترکیب شوی، ترڅو د ټنډیم کتلسیس اغیز وڅیړي.bimetallic Au-Cu د C2+ الکولونو په لور د همغږي انتخاب او فعالیت ښودلی، د خالص مسو او سرو زرو ښه فعالیت کوي، او د Au-Cu مصر.د Cu ورق سره پرتله کول، د بایمتالیک Au-Cu سیسټم د Au NPs (انځور 6C) شتون له امله چې د CO نسل لپاره فعال وو د ځایی CO غلظت زیاتوالی ښودلی.څرنګه چې طلا د CO کمولو لپاره فعاله نه ده، په Au-Cu بایمتالیک کتلستونو کې د C2+ د الکول تولید لوړ شوی نرخ د ټنډیم کتلسیس میکانیزم ته منسوب شوی.په ځانګړې توګه، د سرو زرو NPs کولی شي د Cu سطح ته نږدې د لوړ محلي CO غلظت تولید کړي.بیا، په پراخه کچه محلي CO مالیکولونه کیدای شي د Cu په واسطه C2+ الکولونو ته نور هم کم شي.

(A to C) د الیاژ اغیزې.(A) د ایتانول او C2H4 اعظمي FE او په مختلفو Cu-Zn مرکباتو کې د ایتانول او ایتیلین د FE تناسب.(B) په مختلفو Cu-Zn مرکباتو کې د ایتانول جزوی اوسني کثافت.(A) او (B) د امریکایی کیمیاوي ټولنې په اجازې سره بیا تولید شوي (38).(C) په سرو زرو، مسو، او د Au-Cu bimetallic سیسټم کې د CO2 کمښت او د CO ارتقاء نرخونه.د فطرت خپرونکي ګروپ (96) په اجازې سره بیا چاپ شوی.(D to L) مورفولوژي یا جوړښت اغیزې.(D) د فلزي آیون سایکل چلولو میتود سکیمیک مثال.(E او F) د 100-cycle Cu د SEM انځورونه مخکې له (E) او وروسته (F) د ECR شرایطو لاندې مخکینۍ.(G) TEM او د ټاکل شوي ساحې الکترون توپیر وړاندیز کوي چې Cu(100) افشا شوي او (H) وړیا انرژي په Cu(100)، Cu(111) او Cu(211) اړخونو کې د *OCCO او *OCCHO جوړښت لپاره.د (D) څخه تر (G) د فطرت خپرونکي ګروپ (42) په اجازې سره بیا تولید شوي.(I) په Cu(111)، Cu(751)، او Cu(100) کې د احتمالي فعالیت په توګه د اکسیجن او هایدروکاربنونو تناسب.(J) د Cu(111)، Cu(100)، او Cu(751) لپاره د همغږۍ شمیرې.(I) او (J) د علومو ملي اکاډمۍ (97) په اجازې سره بیا تولید شوي.(K) د Cu NPs څخه د مکعب په څیر مسو ته د بدلون پروسې سکیم.د علومو ملي اکاډمۍ (98) په اجازې سره بیا تولید شوی.(L) د ECR څخه مخکې او وروسته د نانوډینډریټیک مسو SEM انځورونه.د امریکایی کیمیاوي ټولنې په اجازې سره بیا تولید شوی (99).

د الکتروکاټلیسټانو لپاره د کریسټال اړخونو انتخابي توضیح د ځانګړي ECR محصولاتو په لور د FE د لوړولو او د بنسټیز پوهاوي لپاره مهمې لارې ترلاسه کولو لپاره د مؤثره او مستقیم چلند په توګه ښودل شوي.د واحد کرسټال کتلستونو ساده مګر د توزیع وړ ترکیب ننګونکی دی.د بیټرۍ لپاره د ګالوانوسټاټیک چارج کولو ډیسچارجینګ (GCD) طرزالعمل څخه الهام اخیستلو سره ، زموږ ډلې د فلزي آیون سایکل چلولو میتود (انځور 6D) رامینځته کړ ترڅو د Cu کتلست (42) کریسټال اړخ په غوره توګه څرګند کړي.د 100 GCD دورې وروسته، د Cu nanocube سرې په Cu ورق کې د افشا شوي (100) اړخونو سره رامینځته شوې (انځور 6، E څخه G).د 100-cycle کتلست په ټولیز ډول د C2+ الکول FE له 30٪ څخه ډیر او د ورته C2+ الکول اوسني کثافت له 20 mA cm−2 څخه ډیر وړاندې کړ.په هرصورت، د 10-cycle Cu د ټیټ تناسب سره (100) اړخ یوازې د C2+ الکول FE ~ 10٪ وړاندیز کړی.د DFT سمول تایید کړه چې د Cu(100) او ګام (211) اړخونه د Cu (111) په پرتله د C─C یو ځای کولو لپاره ډیر مناسب وو، لکه څنګه چې په 6H شکل کې ښودل شوي.یو ماډل کتلست، د مختلف افشا شوي اړخونو سره د epitaxial Cu فلم، د C2+ اکسیجنیټ تولید (انځور 6I) (97) په لور د فعال سایټ محرکاتو ټاکلو لپاره کارول شوی.ځکه چې د احصایې له پلوه د CO* dimer احتمال لږ دی چې په سطحه کې د H* اتومونو سره نږدې وي چې لږ ګاونډیان لري، د کم همغږي شوي Cu سایټونه کولی شي د هایدروکاربنونو جوړښت فشار کړي او د C2+ اکسیجنیټ FE د ښه کیدو لامل شي ځکه چې د هایدروجنیټ کول خورا ستونزمن دي. C─C د ECR منځګړیتوبونه د هغې په سطحه (97) سره یوځای کړل.د epitaxial Cu فلم مطالعې کې، لیکوالانو تایید کړه چې په Cu (751) اړخ کې ECR د اکسیجنیټ/هایډروکاربن تناسب ښه شوی.دا وده د مختلفو Cu اړخونو سطحه Cu ​​اتوم جیومیټري او اړونده ټیټ اوسط همغږي شوي شمیرې (انځور 6J) ته منسوب کیدی شي ، چیرې چې د Cu اتوم همغږي په ترتیب سره په Cu (751) کې دوه ، څلور او شپږ نږدې ګاونډیو سره. Cu(100)، او Cu(111) اړخونه.د مورفولوژي په حالت کې بیارغونه هم د C2+ اکسیجنیټ FE د ښه کولو لپاره کارول شوې.د یانګ او همکارانو (98) لخوا یو فعال کیوب په څیر Cu کتلست رامینځته شوی ، کوم چې د C─C جوړونې ښه فعالیت ښودلی.په تفصیل سره، monodisperse Cu NPs (6.7 nm) د مختلف بار کولو سره د کاربن کاغذ مالتړ کې د ECR لپاره د کتلست په توګه زیرمه شوي.په ښکاره ډول، د C2+ اکسیجنیټونو د FE زیاتوالی د Cu NP بار کولو کې زیاتوالی سره لیدل شوی.دا وښودل شوه چې په کثافاتو ډک Cu NPs د لوړ بار کولو شرایطو لاندې د ECR په جریان کې د وضعیت مورفولوژیکي بدلون سره مخ شوي ، په کوم کې چې د کیوب په څیر مورفولوژی په پای کې رامینځته شوي (انځور 6K).دا نوی جوړ شوی جوړښت وموندل شو چې ډیر الکتروکاتیلیټیک فعال دی.د تافیل تحلیل وړاندیز وکړ چې د CO dimerization د C2 محصول جوړښت لپاره د نرخ ټاکلو مرحله وه، پداسې حال کې چې د n-propanol په دې کتلیتیک سیسټم کې جلا لاره ښودلې.Nanodendritic مسو بله بیلګه ده چې د C2+ اکسیجنیټ تولید لپاره د مورفولوژي کنټرول اهمیت ښیي (99).په لنډه توګه، د C2+ الکول لپاره د ښه تعریف شوي مسو نانوډینډرایټ (Fig. 6L) ټول FE د RHE په مقابل کې -1.0 V کې شاوخوا 25٪ و.د 13% یو اغیزمن n-propanol FE په −0.9 V کې ترلاسه کیدی شي. د Cu اتوم لوړ فعالیت په پام کې نیولو سره، د مسو پر بنسټ کتلستونه تل د ECR په جریان کې د ساختماني تخریب سره مخ کیږي، په ځانګړې توګه په لوړ ظرفیت کې، چې په پایله کې، د ضعیف المل کیږي. ثباتپه هرصورت، دا ډول نانوډینډریټیک مسو د الکول تولید لپاره ښه ثبات ښودلی، په 6 ساعتونو کې د الکول FE ~ 24٪ ښیي.

د الکتروکاتالیستونو نیمګړتیاوې، لکه د اتوم خالي ځایونه او ډوپینټونه، د غیر دودیز ECR منځګړیتوبونو جذبولو امکان ښیي او په دې توګه، د اکسیجنیټونو په لور د ورته لارې غوره کول (29, 43, 100).د مثال په توګه د *C2H3O په اخیستلو سره، کوم چې د ایتیلین او ایتانول تولید لپاره احتمالي پایني منځګړیتوب دی، سارجنټ او همکارانو (43) په تفصیل سره د کور شیل Cu electrocatalyst کې د نیمګړتیاوو رول مطالعه کړ.دوی په تیوریکي توګه وښودله چې د ایتیلین او ایتانول جوړیدو لپاره د غبرګون انرژی خنډونه د C─C جوړونې په لومړیو پړاوونو کې ورته وو (0.5-V ډیر احتمالي) (7A انځور).په داسې حالت کې، د مسو د خلا معرفي کول به د ایتیلین د جوړولو لپاره د انرژی خنډ یو څه زیات کړي، مګر دا د ایتانول په تولید باندې هیڅ اغیزه نده ښودلې (7B انځور).که څه هم، لکه څنګه چې په 7C شکل کې ښودل شوي، د مسو کتلستونه د خالي ځای او د فرعي سطحې سلفر ډوپینټ سره کولی شي د ایتیلین لارې لپاره د انرژۍ خنډ د پام وړ زیات کړي، چې دا د ترموډینامیک پلوه نا مناسبه کوي.په هرصورت، دا ډول تعدیل د ایتانول په لاره کې د پام وړ اغیزه ښودلې.دا پدیده نوره په تجربوي ډول تایید شوه.یو اصلي شیل جوړښت شوی Cu2S-Cu د ډیری سطحې خالي ځایونو سره (Cu2S-Cu-V؛ انځور 7D) ترکیب شوی.د الکول نسبت ایتیلین ته د 0.18 څخه په خالي Cu NPs کې 0.34 ته د خالي ځای څخه پاک Cu2S-Cu کې او بیا په Cu2S-Cu-V کې 1.21 ته لوړ شوی، که څه هم د ټولو کتلستونو لپاره د C2+ محصولاتو ټول FE ورته پاتې دي (انځور 7E) .دې مشاهدې ته اشاره وکړه چې د الکول انتخابی وده د ایتیلین تولید فشار سره تړاو درلود، د DFT پایلې سره سم.برسېره پردې، د عیب انجینرۍ د فلزي څخه پاک کاربن کتلست لپاره خورا مهم رول لوبوي ځکه چې خالص کاربن مواد د ECR لپاره غیر فعال دي.ډوپینټونه لکه نایتروجن او بوران د کاربن پر بنسټ د کتلست بریښنایی جوړښت بدلولو لپاره کارول شوي (31, 43, 100).د مثال په توګه، د سیلیکون سبسټریټ باندې د نایټروجن-ډوپډ نانوډیمنډ (NDD) فلم د Quan et al لخوا لیږدول شوی.(29) د ECR څخه د انتخابی اکیټیټ تولید لپاره (انځور 7F).د اسټیټ د پیل احتمال د NDD کتلست په کارولو سره د RHE په مقابل کې د −0.36 V په پرتله ټیټ و، او د اسټیټ لپاره FE د −0.8 څخه تر −1.0 V پورې د RHE په مقابل کې احتمالي حد کې له 75% څخه ډیر و.د دې لپاره چې د دې ډول اغیزمن پرمختګ په اصل پوه شي، NDD/Si ​​الیکټروډونه د نایتروجن مختلف محتوياتو یا نایتروجن ډولونو سره چمتو شوي او تحقیق شوي (انځور 7G).لیکوالان دې پایلې ته ورسیدل چې د ECR لپاره د NDD/Si ​​کتلست غوره فعالیت د هایدروجن تکامل او N ډوپینګ لپاره د دې لوړ ظرفیت ته منسوب کیدی شي ، چیرې چې N-sp3C ډولونه د اسټیټ تولید لپاره خورا فعال وو.الکتروکینیټیک ډیټا او د انفراریډ سپیکٹرم په حالت کې څرګنده شوه چې د اسټیټ رامینځته کیدو اصلي لاره ممکن CO2 → *CO2− → *(COO)2 → CH3COO− وي.د نایتروجن سربیره، بوران یو بل ښه سپړل شوی هیټروټوم دی چې د نانوډیمنډ بریښنایی جوړښت تنظیموي.په هرصورت، بورون-ډوپډ نانوډیمنډ (BDD) په غوره توګه د CO2 فارملډایډ یا فارمیټ (101) ته کم کړی.برسېره پردې، کوان او همکارانو (102) ښودلې چې بوران او نایتروجن شریک ډوپ شوي نانوډیمنډ (BND) په ECR باندې همغږي اغیزه ښودلې، کوم چې کولی شي د BDD محدودیت له منځه یوسي او بیا په انتخابي ډول ایتانول تولید کړي.BND1، BND2، او BND3 کتلستونه د مختلف نایتروجن مینځپانګو سره او ورته بوران ډوپینګ کچه چمتو شوي.لکه څنګه چې په 7H شکل کې ښودل شوي، تر 93٪ پورې د ایتانول لوړ انتخاب د BND3 کتلست په −1.0 V کې د RHE په مقابل کې ترلاسه کیدی شي، کوم چې د نایتروجن ډوپینګ خورا لوړ دی.تیوریکي محاسبه په ډاګه کړه چې په BND کې د C─C جوړه کولو پروسه د تودوډینامیک پلوه مناسبه وه، چیرې چې د بورون اتوم د CO2 نیول هڅوي او د نایټروجن ډوپینټ د ایتانول په لور د منځني هایدروجنشن اسانه کول.که څه هم heteroatom-doped nanodiamond د دې وړتیا درلوده چې CO2 د لوړ انتخاب سره ملټي کاربن اکسیجن ته بدل کړي، د دې ECR فعالیت د ورو چارج لیږد پروسې له امله خورا محدود دی (اوسنی کثافت د 2 mA cm−2 څخه کم دی).د ګرافین پر بنسټ مواد ممکن د الماس پراساس کتلستونو نیمګړتیاو لرې کولو لپاره احتمالي حل وي.په تیوریکي توګه، د ګرافین په طبقه کې د څنډه pyridinic N سایټونه د C─C یوځای کولو لپاره د فعال سایټونو په توګه اخیستل شوي (103).دا د دې حقیقت له امله دی چې د پیریډینیک N شتون په څنډه ځایونو کې کولی شي CO2 په CO بدل کړي، کوم چې د C2+ مالیکول (انځور 7I) سره یوځای کیدی شي.د مثال په توګه، د *C2O2 منځګړیتوب د نایټروجن ډوپ شوي کاربن کې ثبات کیدی شي په کوم کې چې دوه C اتومونه په ترتیب سره د پیریډینک N او نږدې C اتوم سره تړل شوي (103).نظري وړاندوینه بیا د نایټروجن-ډوپډ ګرافین کوانټم ډاټ (NGQD) کتلست (31) په کارولو سره تایید شوه.د نایتروجن ډوپ شوي ګرافین شیټونو (1 څخه تر 3 μm) (Fig. 7J) د pulverization وروسته، 1- تر 3-nm NGQDs ترلاسه شوي چې په څنډه ځایونو کې د pyridinic N کثافت د دریو حکمونو شدت سره لوړ شوی.په −0.78 V د RHE په مقابل کې، د C2+ اکسیجنونو لپاره اعظمي FE کیدای شي تر 26٪ پورې ورسیږي.برسېره پردې، لکه څنګه چې په 7K انځور کې ښودل شوي، د C2+ اکسیجنونو لپاره د اوسني جزوي کثافت 40 mA cm−2 ته نږدې دی −0.86 V په مقابل کې RHE، چې د ترمیم شوي نانوډیمنډ څخه ډیر لوړ دی.په پرتله، د N-free graphene quantum dots او N-doped graphene oxide، کوم چې د ټیټ څنډه سایټ pyridinic N ښیي، په ابتدايي توګه د H2، CO، او شکل ترلاسه کوي.

(A to C) Gibbs وړیا انرژي له *C2H3O څخه ایتیلین او ایتانول ته د مسو لپاره، مسو د خالي ځای سره، او مسو د مسو خالي ځای او د ځمکې لاندې سلفر سره.(D) د Cu2S-Cu-V کتلست سکیمیک مثال.(E) د C2+ الکولو او ایتیلین FE، په بیله بیا د الکونز سره د الکولو FE تناسب.(A) تر (E) د فطرت خپرونکي ګروپ (43) په اجازې سره بیا تولید شوي.(F) د NDD SEM انځور.(G) په NDD کې د مختلف نایتروجن مینځپانګو سره د اسټیټ او فارمیټ تولید نرخ.په٪ کې، اټومي٪.(F) او (G) د امریکایی کیمیاوي ټولنې په اجازې سره بیا تولید شوي (29).(H) د NDD، BDD، او BNDs لپاره په −1.0 V کې FEs. د جان ویلی او سنز (102) په اجازې سره بیا تولید شوی.(I) په NGQDs کې د C─C یوځای کولو لپاره د فعال سایټونو سکیمیک مثال.(I) د امریکایی کیمیاوي ټولنې په اجازې سره بیا تولید شوی (103).(J) د NGQDs د TEM انځور.پیمانه بارونه، 1 nm.(K) د NGQDs په کارولو سره د مختلف محصولاتو لپاره جزوي اوسني کثافت.(J) او (K) د فطرت خپرونکي ګروپ په اجازې سره بیا تولید شوي (31).

د الکتروکاتالیستونو هاخوا، د الکترود او کتلیتیک ریکټور جوړښت ډیزاین د ECR فعالیت ته وده ورکولو لپاره یوه بله مؤثره لاره وړاندې کوي، په ځانګړې توګه د تولید کچه او د انرژي موثریت لپاره.د خورا اغیزمن C2+ تولید لاسته راوړلو لپاره د ناول بریښنایی ترمیم سیسټمونو ډیزاین او جوړولو کې د پام وړ پرمختګونه شوي.پدې برخه کې به موږ د ECR الکترود/ریاکټر ډیزاین په تفصیل سره بحث وکړو.

د H-ډول حجرې په پراخه کچه د لابراتوار پیمانه ازموینو کې کارول کیږي ، د دوی اسانه مجلس ، اسانه عملیات او ټیټ لګښت په پام کې نیولو سره.حجرې په خپلواکه کیتوډ او انود چیمبرونو سمبال دي چې د آیون تبادلې جھلی سره تړل شوي دي (104, 105).د دې H-ډول حجرې لومړنۍ نیمګړتیا په اوبو کې د CO2 کم محلولیت دی، کوم چې یوازې 0.034 M د محیطي شرایطو لاندې دی، چې د j <100 mA cm−2 (64) د اوسني کثافت محدود CO2 کمولو المل کیږي.سربیره پردې، نور داخلي نیمګړتیاوې، په شمول د محدود الیکٹروډ سطحه ساحه او د یو لوی انټرالټروډ فاصله، د څیړنې د مخ پر ودې اړتیاو په پوره کولو کې پاتې راغلي (105, 106).د C2+ محصول تولید لپاره، د H-ډول حجرې معمولا د لوړ امکاناتو لاندې ټیټ انتخاب ښیي، د بیلګې په توګه، د ایتیلین لپاره 32٪ په −0.98 V د RHE (107) په مقابل کې، 13.1٪ د n-propanol لپاره په −0.9 V په مقابل کې RHE (99)، او 20.4٪ د ایتانول لپاره −0.46 V په مقابل کې RHE (108)، د جدي سیالي هایدروجن ارتقا له امله.

د پورتنیو مسلو د حل لپاره، د جریان ریکټور وړاندیز شوی (15، 109).د جریان په حجرو کې، د ګازو CO2 جریان په مستقیم ډول په کیتوډ کې د فیډ سټاک په توګه کارول کیدی شي، په دې توګه د پام وړ د ډله ایز خپریدو او تولید کچه (104, 110).شکل 8A د جریان د حجرو ځانګړی جوړښت ښیي، چیرې چې د پولیمر الکترولیت جھلی (PEM) د الکترود جلا کونکي په توګه کار کاوه چې د دوه جریان چینلونو تر منځ شګو شوی.کتلست د ګازو د خپریدو الکترود (GDE) باندې حرکت کوي ترڅو د کیتوډ الکترود په توګه کار وکړي، په کوم کې چې ګاز CO2 مستقیم تغذیه کیږي.کاتولیت، لکه 0.5 M KHCO3، په دوامداره توګه د کتلست الکترود او PEM ترمنځ د پتلي طبقې دننه جریان لري.برسېره پردې، د انوډ اړخ په عموم ډول د اکسیجن د تکامل غبرګون لپاره د اوبو الکترولیت سره گردش کیږي (43, 110).د H-ډول حجرو سره پرتله کول، دا جھلی پر بنسټ د جریان حجرې خورا غوره ECR فعالیت ښیې.د مثال په توګه، سارجنټ او همکارانو (43) د Cu2S-Cu-V کتلست د ECR فعالیت په دواړو H-ډول حجرو او جریان حجرو کې ارزولی، لکه څنګه چې په انځور 8 (B څخه E) کې ښودل شوي.د H-ډول حجرو په کارولو سره، د C2+ محصولاتو لپاره اعظمي FE 41% و چې ټول اوسني کثافت ~30 mA cm−2 د −0.95 V په مقابل کې د RHE سره.په هرصورت، د C2+ محصولاتو لپاره FE 53٪ ته لوړ شوی چې ټول اوسني کثافت په اسانۍ سره د 400 mA cm−2 څخه د −0.92 V په مقابل کې د جریان سیسټم کې د RHE څخه ډیر دي.د فلو ریکټور په کارولو سره د فعالیت دا ډول د پام وړ ښه والی د CO2 پراختیا او فشار شوي اړخ عکس العملونو ته منسوب کیدی شي ، په عمده ډول د ځایی ګاز - الیکټرولایټ - کتلست درې اړخیز انٹرفیس جوړښت څخه سرچینه اخلي.

(الف) د الیکټروډ الیکټرولایټ انٹرفیس د زوم شوي سکیمیټ سره د جریان الیکټرولازر ډیاګرام.(الف) د جان ویلی او سنز په اجازې سره بیا تولید شوی (30).(B ته E) د H-ډول حجرې او جریان حجرې په کارولو سره د ECR فعالیت پرتله کول.(B) څخه تر (E) د فطرت خپرونکي ګروپ (43) په اجازې سره بیا تولید شوي.(F څخه تر H) د ECR فعالیت په مقابل کې د جریان په حجرو کې مختلف الیکټرولیتونه پلي شوي.(F) تر (H) د جان ویلی او سنز (30) په اجازې سره بیا تولید شوي.(I to K) د پولیمر پراساس د ګاز ډیفیوژن الیکټروډ جوړښت او ثبات فعالیت.(I) تر (K) د AAAS (33) په اجازې سره بیا تولید شوي.

د صفر تشې حجره د الیکټرولازرونو بله راڅرګنده طبقه ده، کوم چې د جریان په حجرو کې د جریان چینلونه لرې کوي او په منځ کې د آیون تبادلې جھلی سره دوه الیکټروډونه فشاروي.دا ترتیب کولی شي د پام وړ د ډله ایز لیږد او د الکترون لیږد مقاومت کم کړي او پدې توګه د انرژي موثریت ته وده ورکړي، دا په عملي غوښتنلیکونو کې ډیر ممکنه کوي (110).هغه تعامل کونکي چې کیتوډ ته تغذیه کیږي کیدی شي یا هم د CO2-مطابق کیتولیټ یا مرطوب CO2 جریان وي.د اوبو بخار یا د اوبو الکترولیټ په لازمي ډول د پروتون خوشې کولو لپاره انود ته تغذیه کیږي ترڅو د CO2 کمولو ډولونو (111) چارج جبران کړي.Gutiérrez-Guerra et al.(109) د صفر خلا حجرو کې د Cu-AC هایبرډ کتلست فعالیت ارزولی او راپور ورکړی چې acetaldehyde اصلي محصول دی چې د 60٪ لوړ انتخاب سره.د دې وسیلې د بلې ګټې په توګه ، دا خورا اسانه دی چې د عکس العمل جریان فشار راوړي او د محلي CO2 غلظت ته د پام وړ وده ورکړي ، پدې توګه د لوی اوسني کثافت او لوړ عکس العمل نرخ (110) پایله کیږي.په هرصورت، د صفر خلا حجرو کې د آئن تبادلې ګړندۍ نرخ د کاتولیټ تیزابیت ته وده ورکوي، د CO2 کمولو پر ځای د H2 ارتقاء په لور غبرګون بدلوي (112).د دې ستونزې د حل لپاره، ژو او همکارانو (112, 113) د کیتوډ او جھلی تر مینځ د جریان وړ اوبو الکترولیت سره د بفر پرت داخل کړ ترڅو د CO2 کمولو عکس العمل لپاره کیتوډ ته نږدې مناسب pH وساتي.که څه هم مختلف C2+ محصولات د صفر خلا حجرو پر بنسټ کشف شوي، پشمول د اکټون، ایتانول، او این پروپانول، FEs لاهم نسبتا ټیټ دي.ډیری راپور شوي مطالعې تل د C1 محصولاتو باندې تمرکز کوي چې د کمولو عکس العمل په جریان کې د پروټون او الکترون لیږد لږ شمیر شامل دي.له همدې امله، د C2 + محصولاتو لپاره د صفر تشې حجرې امکان لاهم تر بحث لاندې دی (110).

برسېره پردې، د مایکرو فلوډیک الکترولوټیک حجرې (MECs) یو ډول خورا زړه راښکونکی الیکټرولازر ترتیب دی چې د کینس او ​​همکارانو لخوا رامینځته شوی (39, 114).په دې وسیلې کې، جھلی د یو پتلی ځای (<1 mm په ضخامت کې) ځای په ځای شوی چې د الیکټرولیټ جریان څخه ډک شوی ترڅو انود او کیتوډ جلا کړي.د CO2 مالیکولونه کولی شي په چټکۍ سره د کیتوډ سره نږدې د الکتروډ الیکټرولایټ انٹرفیس کې توزیع کړي، او دوه ثابت شوي GDEs د جریان الیکٹرولیټ لخوا فلش کیږي.د جھلی پر بنسټ د جریان حجرو په پرتله، MECs نه یوازې د لوړ جھلی لګښت څخه مخنیوی کوي بلکه د اوبو مدیریت هم کموي، کوم چې په ځانګړې توګه د anode dry-out او cathode سیلابونو ته اشاره کوي کله چې د اوبو د مالیکولونو د اوسموټیک ډریګ له امله په لوړ اوسني کثافت کې عملیات کیږي. پروټون له انود څخه کیتوډ ته د غشا په اوږدو کې لیږدوي (115).تر هغه ځایه چې موږ پوهیږو، د پام وړ وړتیاوو او لاسته راوړنو سره سره، لږترلږه مطالعې په اصلي MECs کې C2+ محصولات ترلاسه کړي دي.دا شاید د "تیرولو" اغیزې له امله رامینځته شي چې په انود کې رامینځته شوي پروټونونه په اسانۍ سره د کیتوډ شاوخوا څخه ایستل کیږي یا د جریان الکترولیټ لخوا مینځل کیږي ، د دې پرځای چې د څو پروټون اړین C2+ تشکیل عکس العمل کې برخه واخلي.قیاس د لاندې مثال په واسطه تایید کیدی شي.په 2016 کې، کینیس او همکارانو (31) په ترمیم شوي او جھلی لرونکي MEC کې C2+ محصولاتو ته د CO2 بریالي کمښت راپور ورکړ، په کوم کې چې NGQDs کولی شي د CO2 مالیکولونه C2+ ته 55٪ FE (31٪ د ایتیلین لپاره، 14٪) سره کم کړي. د ایتانول لپاره، 6٪ د اسټیټ لپاره، او 4٪ د n-propanol لپاره) په 1 M KOH محلول کې د RHE په مقابل کې د −0.75 V په تطبیق شوي ظرفیت کې.دا مهمه ده چې په ګوته شي چې د الکترولیت چاپیریال کولی شي د محصول انتخاب هم د پام وړ اغیزه وکړي.د مثال په توګه، جیاو او همکارانو (30) یو نانوپورس Cu کتلست ترکیب کړ او بیا یې د مختلف الیکٹرولائټونو (KHCO3، KOH، K2SO4، او KCl) په کارولو سره د غشا پر بنسټ MEC کې د ECR فعالیت ازموینه وکړه.دوی څرګنده کړه چې په الکلین الکترولیت (KOH) کې د CO2 کمښت ترټولو لوړ C2+ انتخاب او اوسني کثافت څرګندوي، لکه څنګه چې په 8 (F او G) کې ښودل شوي.په −0.67 V د RHE په مقابل کې په 1 M KOH الکترولیت کې، د C2+ لپاره ترلاسه شوی FE تر 62% پورې رسیږي چې د 653 mA cm−2 جزوي اوسني کثافت سره، دا د اوسني ترټولو لوړ کثافت څخه دی چې تر دې دمه د الیکټرو کیمیکل CO2 کمولو کې راپور شوي. د C2+ محصولاتو په لور.ایتیلین (38.6٪)، ایتانول (16.6٪)، او n-propanol (4.5٪) د C2+ اصلي محصولات دي چې د کم مقدار اسټیټ لري.دوی دا هم په ګوته کړه چې د C2+ محصولاتو لپاره د محاسبې سطحې pH او FE ترمنځ قوي اړیکه شتون لري: د سطحې pH لوړ وي ، د اوسني کثافت لوړ او د C2+ محصولات لوړیږي ، لکه څنګه چې په 8H شکل کې ښودل شوي.نظري محاسبې وړاندیز وکړ چې نږدې سطحه OH− ions کولی شي په کلکه د C─C جوړه کول اسانه کړي (31).

د الکترولیزر ترتیب سربیره، په مختلف الکترولیزرونو کې پلي شوي الیکټرولایټ کولی شي د ECR وروستي محصولات هم د پام وړ بدل کړي.لکه څنګه چې موږ پورته یادونه وکړه، خورا الکلین KOH محلولونه تل د جریان حجرو کې د H-ډول حجرو په پرتله د غوره فعالیت سره کارول کیږي.دا د دې حقیقت سره تړاو لري چې KOH الکترولیت کولی شي د لوړ الکترولیت چلونکي چمتو کړي، په کتلست او بلک الکترولیت کې د پتلي الکترولیټ پوښ تر منځ د اومیک مقاومت کم کړي، او د C2+ جوړیدو لپاره اړین اضافي امکانات نور هم کم کړي (31).د DFT پایلې نور هم تاییدوي چې د OH− ions شتون کولی شي د CO dimerization لپاره د انرژي خنډ کم کړي، په دې توګه د C2+ جوړښت ته وده ورکوي او د C1 او H2 جوړښت څخه سیالي فشاروي (30, 33).په هرصورت، الکلین KOH نشي کولی د H-ډول حجرو کې د الکترولیت په توګه وکارول شي.دا ځکه چې د CO2 جریان به په چټکۍ سره د KOH محلولونو سره غبرګون وکړي او په پای کې د H-ډول حجرو (30) کې د غیر جانبدار pH سره د بای کاربونیټ محلول رامینځته کړي.په جریاني حجرو کې، په هرصورت، کله چې CO2 د GDE له لارې خپریږي، د CO2 مالیکولونه به په درې اړخیزه مرحله کې مصرف شي (CO2-catalyst-electrolyte) ترڅو سمدلاسه کم شوي محصولات رامینځته کړي.برسېره پردې، د الکترولیت ضعیف بفرینګ ظرفیت کولی شي د سټیشنري الیکټرولازر ترتیبونو کې د الیکٹروډ شاوخوا pH په چټکۍ سره لوړ کړي، پداسې حال کې چې روانی الکترولیټ به سطح تازه کړي او په الیکټرولایټ کې د pH تغیر کم کړي (33, 116).

لکه څنګه چې پورته یادونه وشوه چې ECR د خپریدو کنټرول عکس العمل دی، د لوړ غبرګون فشار هم کولی شي د پام وړ د بلک او انٹرفیس CO2 غلظت ته وده ورکړي.د لوړ فشار عام ریکټورونه د سټینلیس سټیل آټوکلیو ته ورته دي ، په کوم کې چې د لوړ فشار CO2 (تر 60 atm پورې) حجرې ته معرفي کیدی شي ، چې د C2+ اوسني کثافت او FE دواړو کې د پام وړ زیاتوالی لامل کیږي (117) ، 118).ساکاتا او همکارانو (119) وښودله چې اوسنی کثافت 163 mA cm−2 ته د 30 atm لاندې په Cu الیکټروډ کې د ایتیلین لوی محصول په توګه ښه کیدی شي.ډیری فلزي کتلستونه (د مثال په توګه، Fe، Co، او Ni)، په محیطي فشار کې د C2+ تولید لپاره هیڅ فعالیت نلري، کولی شي CO2 په لوړ فشار کې ایتیلین، ایتان، پروپین، او نورو لوړ ترتیب C2+ محصولاتو ته کم کړي.دا په ډاګه شوې چې د محصولاتو انتخاب په څرګند ډول د CO2 فشار پورې اړه لري د الکترود سطح کې د CO2 شتون بدلولو طریقه (117, 120).اصلي کم شوي محصولات له H2 څخه هایدرو کاربنونو ته (C2+ شامل دي) او په پای کې د CO2 فشار زیاتوالي سره CO/HCOOH ته بدلیږي.د پام وړ، د CO2 فشار باید په دقت سره وڅیړل شي ځکه چې ډیر لوړ یا ټیټ CO2 فشار به د فاضله یا محدود CO2 د خپریدو کچه رامینځته کړي ، کوم چې د CO/HCOOH یا H2 تولید ته وده ورکوي.یوازې د متوسط ​​​​CO او اوسني کثافت یو مناسب مقدار چې د الکترود سطح کې رامینځته شوی کولی شي د C─C جوړه کولو عکس العمل اسانه کړي او د C2+ محصول انتخاب لوړ کړي (119).

د پرمختللي جوړښتونو سره د نوي الیکټروډ ډیزاین کول د انتخاب C2+ تولید لوړولو لپاره بل مهم لارښود دی.په لومړیو پړاوونو کې، کاري الکترودونه غیر محیط فلزي ورقونه دي او د سست ډله ایز لیږد سره مخ دي (26, 105).د پایلې په توګه، GDE وړاندیز شوی و چې د هایدروفوبیک چینلونو په چمتو کولو سره د ضعیف حجرو فعالیت کم کړي چې د کتلست ذراتو ته د CO2 د خپریدو اسانتیا برابروي (121).دودیز GDE معمولا د کتلست پرت (CL) او د ګاز د خپریدو پرت (GDL) لري، لکه څنګه چې د انځور 8A (30, 33) ښکته برخه کې ښودل شوي.د ګاز - مایع - کتلست انٹرفیس په GDE کې رامینځته شوی د حجرو فعالیت ښه کولو لپاره خورا مهم دی.GDL د خنزیر موادو سره راټول شوی (په عموم ډول د کاربن کاغذ) کولی شي د CO2 پراخه لارې چمتو کړي او د ګړندي الکترولیټ خپریدو کچه تضمین کړي.دا د پروټونونو، الکترونونو، او د CL څخه الکترولیت (121) ته د کمولو محصولاتو لپاره د ټیټ مقاومت ټرانسپورټ وسیلې په توګه هم کار کوي.ډراپ کاسټینګ، ایر برش کول، او الکترودپوزیشن د GDEs چمتو کولو لپاره عام ټیکنالوژي دي (122).د GDEs سره راټول شوي کتلستونه د C2+ محصولاتو ته د CO2 بریښنایی توزیع کې په کلکه تحقیق شوي.د پام وړ، پورته ذکر شوي جریان حجرې د مناسب فعالیت سره ټول د GDEs سره یوځای شوي.لکه څنګه چې د 1990 په پیل کې، سمیلز او همکارانو (123) راپور ورکړ چې Cu-coated GDEs د 667 mA cm−2 لوړ کثافت سره د ایتیلین لپاره 53٪ لوړ FE لاسته راوړي.د ایتیلین او ایتانول انتخابي وړتیا لوړول یوه لویه ننګونه ده چې تل د Cu-based کتلستونو کې د دوی د ورته ورته میکانیستي عکس العمل لارو له امله تولید کیږي.سربیره پردې، دا مهمه ده چې په ګوته شي چې د ایتانول په پرتله د ایتیلین لوړ تولید او انتخاب د Cu-based GDE (25, 36) کې لیدل شوي.ګیورت او همکارانو (36) د ایتیلین لپاره 60٪ غوره FE او د 25٪ ایتانول لپاره د الیکټروډیپوزیټ Cu-Ag GDE کې یو فشار شوی FE ښودلی، کله چې ټول اوسني کثافت ~ 300 mA cm−2 ته په −0.7 V په مقابل کې. RHE.دا یو نادر کار دی چې په لوی اوسني کثافت کې دومره لوړ انتخاب ترلاسه کړی.دا موندنه وړاندیز کوي چې د GDE-شامل شوي الیکټروډ د عکس العمل لارو تنظیم کولو لپاره امید لرونکی لاره چمتو کوي ، په کوم کې چې د کم شوي محصولاتو انتخاب په لوړ اوسني کثافت کې ترلاسه کیدی شي.

د GDEs ثبات هم یوه د پام وړ مسله ده چې باید ورته پام وشي ځکه چې مستحکم اوږدمهاله عملیات د جریان حجرو لپاره د عملي غوښتنلیک احساس کولو لپاره اړین دي.سره له دې چې د GDEs سره ترلاسه شوي د CO2-to-C2+ غوره فعالیت سره سره، ثبات لاهم د کتلست، GDL، او باندر پرتونو (77, 124) ضعیف میخانیکي چپکولو له امله ضعیف دی.د GDL د کاربن سطح ممکن د الکترو کیمیکل تعامل په جریان کې د هایدروفوبیک څخه هایدروفولیک ته بدل شي د اکسیډیشن عکس العمل له امله چې په لوړ ظرفیت کې پیښیږي ، کوم چې په GDL کې د سیلاب لامل کیږي او د CO2 د خپریدو لارې خنډوي (33).د دې ستونزې د حل لپاره، څیړونکو په GDEs کې د پولیټرافلووروایتیلین (PTFE) هایدروفوبیک سکفولډ مدغم کړ.د هایدروفولیک نافیون په پرتله، د هایدروفوبیک PTFE پرت یو غوره اوږدمهاله ثبات وړاندې کوي (33).سارجنټ او همکارانو (33) د جلا شوي PTFE او کاربن NPs تر مینځ یو Cu کتلست راټول کړ، په کوم کې چې د هایدروفوبیک PTFE طبقه کولی شي د NPs او ګرافیت پرتونه متحرک کړي، په دې توګه یو باثباته الکترود انٹرفیس (انځور 8، I او J).د پایلې په توګه، د ایتیلین تولید لپاره FE په 7 M KOH محلول کې د 75 څخه تر 100 mA cm−2 په اوسني کثافت کې 70٪ ته لوړ شو.د دې جریان ریکټور د ژوند موده له 150 ساعتونو څخه ډیر وغځول شوه د ایتیلین انتخاب کې د نه منلو وړ زیان سره ، کوم چې د دودیز GDEs په پرتله 300 ځله اوږد دی ، لکه څنګه چې په 8K کې ښودل شوي.دا ډول سینڈوچ جوړښت د غوره GDE ډیزاین په توګه ښودل شوی.د مثال په توګه، Cui او همکارانو (124) د درې اړخیز جوړښت ډیزاین کړی چې د فعال الکترود پرت سره د دوه هایدروفوبیک نانوپورس پولیټین فلمونو لخوا کلیک شوی.بهرنۍ هایدروفوبیک پرتونه کولی شي د بلک محلول څخه د الکترولیټ فلکس ورو کړي، چې د کار الیکټروډ شاوخوا باثباته، لوړ محلي pH لامل کیږي.د انټر لیر ځای اصلاح کول، کوم چې کولی شي د CO2 ټرانسپورټ او جذب ته وده ورکړي، په داسې ډیزاین کې هم مهم دی (124).په دې وروستیو کې، کاربن نانوټوبونه هم په GDEs کې مدغم شوي دي ځکه چې د دوی لوړ پورسيیت، ښه چالکتیا، او هایدروفوبیکیت، کوم چې کولی شي د الکترون او ډله ایز ټرانسپورټ اسانتیا (77).

په ECR کې د زړه راښکونکو پرمختګونو سره سره، د ټیټ لګښت لپاره ستراتیژیانې، په لویه کچه د C2+ محصول تولید په ندرت سره شتون لري (125).پدې مرحله کې، ننګونې او فرصتونه د ECR د عکس العمل میکانیزمونو د پوهیدو او د دې ژمنې ټیکنالوژۍ سوداګریز کولو لپاره همغږي دي.

د کاربن لوپ د تړلو او د متقابل نوي کیدونکي انرژي ذخیره کولو لپاره د ښکلي حل په توګه ، لکه باد او لمر ، په تیرو لسیزو کې د موثر CO2 تبادلې ترلاسه کولو لپاره د پام وړ پرمختګونه شوي.په داسې حال کې چې د ECR سره تړلې پروسو پوهیدل د هغې له لومړیو ورځو راهیسې (126) اوږده لاره وه، د C2+ محصولاتو په لور د ECR له لارې د C─C جوړه لاهم د عملي غوښتنلیک لپاره چمتو نه ده.په دې بیاکتنه کې، موږ اوسنیو ستراتیژیو ته یوه مفصله کتنه وکړه چې کولی شي د ECR له لارې د C2+ محصولاتو لپاره د انتخاب او تولید نرخ ته وده ورکړي، پشمول د ښه کتلست ټونینګ، الکترولیت اغیزې، الکترو کیمیکل شرایط، او د الیکټرو کیمیکل الکترود / ریکټور ډیزاین.

سره له دې چې په ECR کې د ټولو هڅو سره سره، د اوسني کتلست او ECR سیسټم سره لاهم ډیری ستونزې شتون لري چې باید د ECR سوداګریز کولو دمخه حل شي.لومړی، د اغېزمن C─C جوړونې د احساس کولو لپاره د غالب کتلست په توګه، Cu د ثبات له جدي ستونزو سره مخ دی، په ځانګړې توګه د اوبو الکترولیت کې، او په ندرت سره کولی شي د 100 ساعتونو لپاره ژوندي پاتې شي ځکه چې د دوی د اتوم لوړ حرکت، د ذراتو راټولول، او د ECR شرایطو لاندې جوړښت خرابیږي.په دې توګه، د Cu-based کتلست په کارولو سره د اوږدې مودې ثبات ترلاسه کولو څرنګوالی لاهم یوه پرانیستې ننګونه ده.د قوي تعامل سره د ځانګړي ملاتړ لپاره د Cu-based کتلست لنگر کول ممکن د کتلست جوړښت/مورفولوژي ساتلو لپاره د باور وړ ستراتیژي وي او پدې توګه د ژوند اوږدوالی چمتو کوي.سربیره پردې ، د ECR په جریان کې د اوبو محلول ځای په ځای کولو لپاره د پولیمر جھلی الکترولیټ کارول ممکن د Cu-based کتلست ثبات نور هم ښه کړي.برسېره پر دې، د کتلست له نظره، په حالت کې/ د عملیاتي ځانګړتیاوو تخنیکونه او نظري ماډلینګ باید د کتلست د فعالیت د تخریب د څارنې او پوهیدو لپاره هم وکارول شي، په دې توګه، په پایله کې، د کتلست تخریب او زهر کول ټیټې کچې ته.د ECR کتلستونو بله مهمه مسله چې باید ورته پام وشي د ډله ایز تولید لپاره د ترکیب پروتوکول د عمل وړ کول دي.د دې پای ته رسولو لپاره، په پراخه کچه موجود فیډ سټاکونو په کارولو سره د مصنوعي پروسیجرونو ساده کول غوره دي.

دوهم، د ECR څخه تولید شوي C2+ اکسیجن معمولا د دودیزو H- یا جریان حجرو ریکټورونو لپاره په الیکټرولایټ کې محلولونو (د بیلګې په توګه KHCO3 او KOH) سره مخلوط کیږي، چې په هرصورت، د خالص مایع تیلو محلولونو بیرته ترلاسه کولو لپاره اضافي جلا کولو او غلظت پروسې ته اړتیا لري. عملي غوښتنلیکونه.په ورته وخت کې، پراختیا شوي C2+ هایدرو کاربنونه هم د H2 او پاتې CO2 سره مخلوط شوي.په دې توګه، د ECR د اوسني ټیکنالوژۍ لپاره یو ګران جلا کولو پروسه اړینه ده، کوم چې د ECR د عملي کارونې مخه نیسي.له همدې امله، د خالص مایع تیلو محلولونو او خالص ګاز هایدرو کاربنونو په مستقیم او دوامداره توګه څنګه تولید کول، په ځانګړې توګه د لوړ محصول غلظت سره، د ECR د عملي پلي کولو لپاره خورا مطلوب دی.په دې توګه موږ په نږدې راتلونکي کې د ECR له لارې د خالص محصولاتو مستقیم تولید د ډیریدونکي اهمیت وړاندوینه کوو ، کوم چې ممکن د ECR ټیکنالوژي بازار ته خورا نږدې کړي (127).

دریم، پداسې حال کې چې د ECR ټیکنالوژۍ کې د C─O او C─H بانډونو لکه ایتانول، اسټیک اسید، او ایتیلین جوړول په پراخه کچه مطالعه شوي، د نورو ډولونو محصولاتو سپړنه هم د ECR ټیکنالوژۍ لپاره خورا مهم دی او اقتصادي دلچسپي ښیي.د مثال په توګه، په دې وروستیو کې، هان او همکارانو (128) د ECR لخوا د 2-bromoethnol تولید راپور ورکړی.د C─Br بانډ جوړښت په حالت کې محصول له ایتانول څخه 2-برومویتنول ته بدلوي، کوم چې د کیمیاوي او درمل جوړونې په ترکیب کې یو مهم ساختماني بلاک دی او لوړ اضافه ارزښت ښیې.په دې توګه، د اوسني ښه مطالعه شوي C2+ محصولاتو هاخوا، موږ باور لرو چې د نورو نادره سپړل شوي محصولاتو نښه کول لکه oxalic اسید (129) او د ډیرو پیچلي C2+ مالیکولونو ترکیب لکه سایکلیک مرکبات د راتلونکي ECR څیړنې لپاره بله هیله منده لار ده.

وروستی مګر لږ تر لږه، د نوي الیکټروډ او ریکټور ډیزاینونه لکه واټر پروف GDE، د مایع جریان حجرې، او PEM سیل باید په پراخه کچه د ECR تولید کچه سوداګریزې کچې ته لوړ کړي (>200 mA cm−2).په هرصورت، د الکتروکاتالیټیک فعالیت کې لوی توپیر تل لیدل کیږي کله چې د بشپړ حجرې ازموینې لپاره الیکٹروکاتالیستونه پلي کیږي.له همدې امله، ډیر سیسټمیک مطالعات باید ترسره شي ترڅو د نیم حجرو مطالعاتو او د بشپړ حجرې وسیلې غوښتنلیک ترمینځ واټن کم کړي ترڅو ECR د لابراتوار کچې ازموینې څخه عملي کارونې ته راوړي.

په لنډیز کې، د الیکټرو کیمیکل CO2 کمښت موږ ته ښه فرصت وړاندې کوي چې د چاپیریال مسلې سره د شنو خونو ګازونو سره معامله وکړو چې د انساني فعالیتونو لخوا خارج کیږي.دا د نوي کیدونکي انرژي په کارولو سره د پاکو سونګ توکو او کیمیاوي توکو ترلاسه کولو امکان هم ښیې.په داسې حال کې چې په اوسني پړاو کې د ECR ټیکنالوژۍ لپاره ډیری ننګونې پاتې دي، په ځانګړې توګه د C─C جوړه کولو پروسې لپاره، داسې انګیرل کیږي چې د کتلست اصلاح او د حجرو بشپړتیا په اړه د دوامداره څیړنې او پراختیا سره، د پاکو تیلو لپاره د ریښتینې نړۍ CO2 الیکرولیسز لید. او کیمیاوي مواد به په نږدې راتلونکي کې درک شي.

دا د خلاص لاسرسي مقاله ده چې د کریټیو کامنز انتساب - غیر سوداګریز جواز شرایطو لاندې توزیع شوې ، کوم چې په هره وسیله کې د کارولو ، توزیع او بیا تولید اجازه ورکوي ، تر هغه چې پایله یې د سوداګریزې ګټې لپاره نه وي او په دې شرط چې اصلي کار په سمه توګه وي. حواله شوی

یادونه: موږ یوازې ستاسو د بریښنالیک آدرس غوښتنه کوو ترڅو هغه څوک چې تاسو یې پاڼه وړاندیز کوئ پوه شي چې تاسو غواړئ دوی یې وګورئ، او دا چې دا بې ځایه بریښنالیک نه دی.موږ هیڅ بریښنالیک آدرس نه اخلو.

© 2020 د ساینس د پرمختګ لپاره امریکایی ټولنه.ټول حقونه خوندي دي.AAAS د HINARI، AGORA، OARE، CHORUS، CLOCKSS، CrossRef او COUNTER.Science Advances ISSN 2375-2548 شریک دی.