ماحولياتي خدشن ۽ توانائي جي منتقلي جي روشنيءَ ۾، اليڪٽررو ڪيميڪل CO2 ريڊڪشن (ECR) کان ويليو ايڊڊ ملٽي ڪاربن (C2+) فيولز ۽ ڪيميڪلز، قابل تجديد بجلي استعمال ڪندي، ڪاربن جي چڪر کي بند ڪرڻ لاءِ هڪ خوبصورت ڊگھي مدي وارو حل پيش ڪري ٿو اضافي معاشي فائدن سان گڏ.تنهن هوندي به، اليڪٽرولڪالائيٽڪ C─C جوڙڻ ۾ آبي اليڪٽرولائٽس اڃا تائين هڪ کليل چئلينج آهي ڇاڪاڻ ته گهٽ چونڊ، سرگرمي ۽ استحڪام جي ڪري.ڪيٽالسٽس ۽ ري ايڪٽرز جي ڊيزائن انهن چئلينجن کي منهن ڏيڻ جي ڪنجي رکي ٿي.اسان تازي پيش رفت کي مختصر ڪريون ٿا ته ڪيئن حاصل ڪجي ECR ذريعي موثر C─C جوڙڻ کي، اليڪٽروڪاتلسٽن ۽ اليڪٽروڪاتاليٽڪ اليڪٽرروڊ/ري ايڪٽر ڊيزائن ۾ حڪمت عملين تي زور ڏيڻ سان، ۽ انهن سان لاڳاپيل ميڪانيزم.ان کان علاوه، C2 + پيداوار جي پيداوار لاء موجوده رڪاوٽون ۽ مستقبل جي موقعن تي بحث ڪيو ويو آهي.اسان جو مقصد آھي جديد ترين C─C جوڙڻ واري حڪمت عملي جو تفصيلي جائزو مهيا ڪرڻ لاءِ ڪميونٽي کي وڌيڪ ترقي ۽ انسپائريشن لاءِ بنيادي سمجھ ۽ ٽيڪنالاجي ايپليڪيشنن ۾.

فضا ۾ ڪاربان ڊاءِ آڪسائيڊ (CO2) جو وڌ ۾ وڌ ڇڏڻ سنگين ماحولياتي نتيجن کي جنم ڏنو آهي ۽ انساني سماجن لاءِ هڪ تڪڙي ۽ ممڪن طور تي ناقابل واپسي خطرو پڻ پيش ڪري ٿو (1, 2).جيئن ته فضائي CO2 ڪنسنٽريشن 270 ppm (حصص في ملين) کان 1800s جي شروعات ۾ 401.3 ppm کان جولاءِ 2015 ۾ تيزيءَ سان وڌيو، انساني سرگرمين جي ذريعي خارج ٿيندڙ ڪاربان فوٽ پرنٽ کي ري سائيڪل ڪرڻ تي عالمي اتفاق راءِ (3, 4).ڪاربان فوٽ پرنٽ لاءِ ويجهي لوپ کي محسوس ڪرڻ لاءِ، هڪ امڪاني طريقو اهو آهي ته موجوده توانائي ۽ ڪيميائي صنعتن جي انحصار کي فوسل فيولز کان پري ڪري قابل تجديد ذريعن جهڙوڪ شمسي ۽ واءِ (5-8).جڏهن ته، انهن قابل تجديد ذريعن مان توانائي جو حصو صرف 30٪ تائين محدود آهي انهن جي وقفي فطرت جي ڪري، جيستائين وڏي پيماني تي توانائي جي اسٽوريج لاء طريقا موجود نه هجن (9).ان ڪري، متبادل جي طور تي، نقطي ذريعن جهڙوڪ پاور پلانٽس مان CO2 کي پڪڙڻ، بعد ۾ ڪيميائي فيڊ اسٽاڪ ۽ ايندھن ۾ تبديل ڪرڻ، وڌيڪ عملي طور تي قابل عمل آهي (9-12).قابل تجديد بجلي استعمال ڪندي اليڪٽروڪاتيليٽڪ CO2 جي گھٽتائي (ECR) هڪ خوبصورت ڊگھي مدي واري حل جي نمائندگي ڪري ٿي، ڇاڪاڻ ته تبديلين لاءِ گهربل نرم آپريشن جي حالتن جي ڪري، جنهن ۾ قدر ۾ اضافو مصنوعات چونڊيل طور تي پيدا ڪري سگھجن ٿيون (13).جيئن ته تصوير 1 ۾ اسڪيمياتي طور تي واضح ڪيو ويو آهي، هن عمل ۾، اليڪٽرروڪيميڪل اليڪٽرولائزر CO2 ۽ پاڻي کي ڪيميائي ۽ ايندھن ۾ تبديل ڪري ٿو جيڪو قابل تجديد بجلي سان هلائي ٿو.نتيجي ۾ پيدا ٿيندڙ ايندھن ڊگھي مدي تائين رکڻ جي قابل آھي ۽ ان کي ورهائي يا استعمال به ڪري سگھجي ٿو، CO2 کي بنيادي فضول جي طور تي ڏئي ٿو، جنھن کي پڪڙيو ويندو ۽ لوپ کي بند ڪرڻ لاءِ ري ايڪٽر ڏانھن موٽايو ويندو.ان کان علاوه، نتيجي ۾ ننڍا ننڍا ماليڪيول ڪيميائي فيڊ اسٽاڪ [مثال طور، ڪاربن مونو آڪسائيڊ (CO) ۽ فارميٽ] ECR کان وڌيڪ پيچيده ڪيميائي جوڙجڪ لاء خام مال طور استعمال ڪري سگھجن ٿيون.

ٻارڻ ۽ ڪيميڪل اي سي آر مان حاصل ڪري سگھجن ٿا بند ڪاربن چڪر سان جيڪي قابل تجديد توانائي جي ذريعن جهڙوڪ شمسي، واء ۽ هائيڊرو ذريعي هلائي سگهجن ٿيون.سيل انجنيئرنگ ۽ ڪيٽالسٽ انجنيئرنگ اهم ڪردار ادا ڪن ٿا چونڊ، سرگرمي، ۽ ڪارڪردگيءَ کي فروغ ڏيڻ لاءِ CO2 جي تبديليءَ لاءِ قدر-شامل C2+ مصنوعات ۾ اعلي توانائي جي کثافت سان.

بهرحال، CO2 هڪ مضبوط C═O بانڊ (750 kJ mol−1) (14) سان هڪ ڪافي مستحڪم لڪير وارو ماليڪيول آهي، جنهن کي اليڪٽرڪ ڪيميڪل ڪنورشن لاءِ ڏکيو بڻائي ٿو.اهڙيء طرح، ان کي هڪ اعلي چالو رڪاوٽ جي ضرورت آهي، جنهن جي نتيجي ۾، اهم اضافي صلاحيتون (15).ان کان علاوه، اي سي آر هڪ آبي اليڪٽرولائٽ ۾ ملٽي اليڪٽران/پروٽون جي منتقلي جي عمل کي شامل ڪري ٿو ڪيترن ئي مختلف ممڪن رد عمل جي وچولي ۽ مصنوعات (16-18) سان گڏ، ان کي انتهائي پيچيده بڻائي ٿو.جدول 1 اختصار ڪري ٿو مکيه ECR مصنوعات جي اڌ اليڪٽررو ڪيميڪل thermodynamic رد عمل، جن ۾ CO، ميٿين (CH4)، ميٿانول (CH3OH)، فارميڪ ايسڊ (HCOOH)، ايٿيلين (C2H4)، ايٿانول (CH3CH2OH) وغيره شامل آهن. ملندڙ معياري ريڊڪس صلاحيتون (19).عام طور تي، اي سي آر جي عمل دوران، CO2 ماليڪيولز پهريون ڀيرو ڪيٽيليسٽ جي مٿاڇري تي ايٽم سان جذب ۽ تعامل مان گذرن ٿا *CO2− ٺاهين ٿا، ان کان پوءِ مختلف حتمي شين ڏانهن پروٽان ۽/يا اليڪٽران جي مختلف قدمن جي منتقلي.مثال طور، CH4 مڃيو وڃي ٿو ته ھيٺين رستن ذريعي ٺاھيو وڃي: CO2 → *COOH → *CO → *CHO → *CH2O → *CH3O → CH4 + *O → CH4 + *OH → CH4 + H2O (20).

شڪل 2A اختصار ڪري ٿو فريادڪ ڪارڪردگي (FE) مختلف پيداوار جي شرحن (موجوده کثافت) جي تحت ڄاڻايل ECR electrocatalysts لاء، جيڪو ردعمل جي پيداوار جي چونڊ جي نمائندگي ڪري ٿو (21-43).خاص طور تي، جڏهن ته جديد اليڪٽرڪاليڪلسٽس CO2 کي C1 پروڊڪٽس (CO يا فارميٽ) ۾ تبديل ڪري سگھن ٿا 95% FE سان اعلي پيداوار جي شرح (>20 mA cm−2 H-type cell لاءِ ۽ >100 mA cm−2) 2 فلو سيل لاءِ) (9, 21, 22, 25, 28, 44, 45), انتهائي چونڊيل (>90%) ۽ وڌيڪ دستياب ملٽي ڪاربن (C2+) ڪيميائي جي موثر پيداوار اڃا تائين محسوس نه ڪئي وئي آهي.اهو ان حقيقت جي ڪري آهي ته C2+ پروڊڪٽس کي ملائڻ لاءِ سطح تي ڪيترن ئي CO2 ماليڪيولن جي آمد ۽ جذب جي ضرورت آهي، قدم طرف ڦيرڦار، ۽ فضائي پوزيشن (13).مخصوص ٿيڻ لاءِ، جيئن تصوير 2B ۾ ڏيکاريل آهي، *CO وچولين جا ايندڙ رد عمل ECR جي آخري C2+ مصنوعات کي طئي ڪن ٿا.عام طور تي، C2H6 ۽ CH3COO− ساڳيا *CH2 وچولي شيئر ڪن ٿا، جيڪو *CO جي پروٽان-ڪپلڊ اليڪٽران جي منتقلي مرحلن مان پيدا ٿئي ٿو.*CH2 جو وڌيڪ پروٽونشن *CH3 وچولي ڏئي ٿو، جيڪو *CH3 dimerization ذريعي C2H6 جي ٺهڻ ڏانهن وٺي ٿو.C2H6 نسل جي برعڪس، CH3COO− CO جي داخل ٿيڻ سان *CH2 ۾ ٺهيل آهي.*CO dimerization C2H4، CH3CH2OH، ۽ n-propanol (n-C3H7OH) ٺهڻ لاءِ شرح جو تعين ڪندڙ قدم آهي.اليڪٽران جي منتقلي ۽ پروٽونشن مرحلن جي هڪ سيريز کان پوء، *CO─CO ڊائمر *CH2CHO وچولي ٺاهيندو آهي، جيڪو C2H4 ۽ C2H5OH لاءِ چونڊ-مقرر ڪندڙ قدم طور ڪم ڪري ٿو.ان کان علاوه، اهو معلوم ڪيو ويو ته *CH2CHO کي C2H4 کي گھٽائڻ ۾ *CH3CHO کان C2H5OH (46) کي تبديل ڪرڻ جي ڀيٽ ۾ گھٽ توانائي جي رڪاوٽ آهي، جيڪا شايد C2H4 لاءِ وڌيڪ FE جي وضاحت ڪري سگھي ٿي C2H5OH کان وڌيڪ ٽامي ڪيٽالسٽن تي.ان کان علاوه، مستحڪم C2 وچولي کي منتقل ڪري سگھي ٿو n-C3H7OH ذريعي CO داخل ڪرڻ.C2+ ڪيميائي ٺهڻ دوران پيچيده ۽ بي قابو رد عمل جا رستا خاص طور تي پروٽونشن سائيٽن جي ڪيترن ئي وڌيڪ اجازتن جي ڪري آهن، ان سان گڏ غير برقي ڪيميڪل قدم جي ممڪن شموليت (19, 47).جيئن ته، انتهائي چونڊيل اليڪٽريڪلالسٽس جي ڊيزائن اعلي پيداوار تي مخصوص C2+ پيداوار جي ٺهڻ لاءِ هڪ لازمي شرط آهي.هن جائزي ۾، اسان جو مقصد ECR ذريعي چونڊيل C2+ پراڊڪٽ جي پيداوار لاءِ اليڪٽروڪاتلسٽ ڊيزائن ۾ حڪمت عملين تي تازي پيش رفت کي اجاگر ڪرڻ آهي.اسان لاڳاپيل ميڪانيزم جي سمجھڻ جو خلاصو پڻ مهيا ڪندا آهيون.اليڪٽرروڊ ۽ ري ايڪٽر ڊيزائن تي پڻ زور ڏنو ويندو ته اهو ڏيکاريو ته ڪيئن حاصل ڪجي موثر، مستحڪم ۽ وڏي پيماني تي اي سي آر آپريشن.ان کان علاوه، اسان باقي چيلينجز ۽ مستقبل جي موقعن تي بحث ڪنداسين CO2 جي اليڪٽررو ڪيميڪل تبديليءَ لاءِ ويلو ايڊڊ C2 + ڪيميائي ۾.

(الف) ايف اي مختلف پيداوار جي شرحن جي تحت (موجوده کثافت) ڄاڻايل ECR electrocatalysts (21-43، 130).(ب) اي سي آر دوران سڀ کان وڌيڪ ممڪن C2+ رستا.آمريڪي ڪيميائي سوسائٽي (47) جي اجازت سان ٻيهر تيار ڪيل.

ڪيميائي ايندھن ۽ فيڊ اسٽيڪ ۾ CO2 جي برقياتياتي تبديلي هڪ ڪاربن غير جانبدار توانائي جي چڪر کي حاصل ڪرڻ لاء هڪ امڪاني ٽيڪنالاجي آهي (11).بهرحال، C2+ پراڊڪٽس جي FE اڃا تائين عملي ايپليڪيشن کان پري آهي، جتي جديد ڪيٽيليسٽ C2 شين جي پيداوار جي اجازت ڏين ٿا تقريبن 60٪ FE (13, 33) سان، جڏهن ته C3 پيداوار 10٪ کان گهٽ تائين محدود آهي. FE (48، 49).CO2 کان C2+ پروڊڪٽس جي گھٽتائي واري ملائڻ لاءِ انتهائي هموار ٿيل مورفولوجيڪل ۽ اليڪٽرڪ پراپرٽيز (50, 51).ڪيٽيليٽڪ مٿاڇري جي وچ ۾ اسڪيلنگ لاڳاپن کي ٽوڙڻ جي ضرورت آهي (47، 52، 53).ان کان علاوه، C─C بانڊ ٺاھڻ حاصل ڪرڻ لاء، جذب ٿيل رد عمل وچولي ڪيٽالسٽ جي مٿاڇري تي ھڪ ٻئي جي ويجھو ھجڻ گھرجي.ان کان علاوه، هڪ مخصوص C2+ پراڊڪٽ جي طرف شروعاتي طور تي جذب ٿيل وچولي کان رستي کي چڱي طرح ڪنٽرول ڪرڻ جي ضرورت آهي ڇاڪاڻ ته ڪيترن ئي پروٽين جي مدد سان اليڪٽران جي منتقلي جي قدمن جي ڪري.CO2 جي گھٽتائي جي اعلي پيچيدگي کي غور ڪندي C2 + مصنوعات جي طرف، electrocatalysts کي احتياط سان ترتيب ڏيڻ گهرجي ته جيئن چونڊ کي وڌايو وڃي.وچولي نسلن ۽ ڪيميائي مجموعن جي مطابق، اسان C2 + مصنوعات کي ملٽي ڪاربن هائيڊرو ڪاربن ۽ آڪسيجنٽس ۾ درجه بندي ڪريون ٿا (4، 54).مخصوص C2+ ماليڪيول جي پيداوار لاءِ انتهائي موثر اليڪٽريڪلسٽس تائين پهچڻ لاءِ، ڪيترن ئي ڪيٽيلسٽ ڊيزائن حڪمت عمليون، جهڙوڪ هيٽروٽوم ڊوپنگ، ڪرسٽل فيڪٽ ريگيوليشن، الائي/ڊيلوائينگ، آڪسائيڊريشن اسٽيٽ ٽيوننگ، ۽ مٿاڇري ليگينڊ ڪنٽرول، ڏيکاريا ويا آهن (35, 41, 55-61) .بهترين ڊيزائن کي منطقي طور تي مٿي ذڪر ڪيل اثرات تي غور ڪرڻ گهرجي ۽ فائدي کي وڌائڻ گهرجي.ٻي صورت ۾، سمجھڻ ته ڪھڙي فعال سائيٽ جي نقشن کي ھڪڙي منفرد ڪيٽيليٽڪ رويي جي ڪري سگھي ٿو C─C جوڙڻ لاءِ صحيح ڪيٽيليسٽ ڊيزائن تي روشني وڌي سگھي ٿي.ان ڪري، اي سي آر ڪيٽيليسٽ کي مخصوص پروڊڪٽس (ملٽي ڪاربن هائيڊرو ڪاربن ۽ آڪسيجنيٽ) ڏانهن ڪيئن ٺاهيو وڃي ۽ ان سان لاڳاپيل ميڪانيزم هن حصي ۾ بحث ڪيو ويندو.

C2 + هائيڊرو ڪاربن، جهڙوڪ C2H4، ڪيميائي صنعتن جي مختلف قسمن جي لاء نڪسس ڪيميائي آهن، جهڙوڪ پوليٿيلين جي پيداوار (62، 63).ان کان علاوه، اهو سڌو سنئون استعمال ٿي سگهي ٿو ويلڊنگ لاء ايندھن يا قدرتي گئس ۾ مخلوط جزو (12).CO (Fischer-Tropsch synthesis) ۽ CO2 جي هائيڊروجنيشن صنعتي پيماني تي وڏي عرصي تائين C2 + هائيڊرو ڪاربن پيدا ڪرڻ لاءِ استعمال ڪئي وئي آهي پر اعلي توانائي جي استعمال ۽ ماحولياتي اثرن (64).بلڪل برعڪس، قابل تجديد توانائي استعمال ڪندي اليڪٽررو ڪيميڪل CO2 جي گھٽتائي هڪ صاف ۽ وڌيڪ پائيدار رستو فراهم ڪري ٿي.C2+ هائيڊرو ڪاربنز (32, 33, 65-70) جي طرف موثر اليڪٽرڪ ڪيٽالسٽ ٺاهڻ لاءِ وڏي ڪوشش ڪئي وئي آهي.

Bimetallic electrocatalysts وڏي پيماني تي تحقيق ڪئي وئي آهي ته اليڪٽررو ڪيميڪل CO2 جي تبادلي دوران اسڪيلنگ رشتي کي ٽوڙڻ لاء، جيڪو اهم وچولي کي مستحڪم ڪري سگهي ٿو ۽ اوورپوٽيشنل کي گهٽ ڪري سگهي ٿو ۽ اهڙيء طرح، موڙ ۾، چونڊ وڌائي (71-74).جڏهن ته مصرع مواد جو هڪ سلسلو جنهن ۾ Au-Cu، Ag-Cu، Au-Pd، ۽ Cu-Pt شامل آهن اعليٰ ڪارڪردگي C1 جي پيداوار لاءِ نازڪ وچولي (73, 75) کي مستحڪم ڪندي ڏيکاريو ويو آهي، مصر جو اثر C2+ هائيڊرو ڪاربن جي ٺهڻ تي لڳي ٿو. وڌيڪ پيچيده ٿيڻ (76).مثال طور، Cu-Ag bimetallic سسٽم ۾، پيداوار جي ورڇ کي آساني سان ڪنٽرول ڪري سگهجي ٿو Ag ۽ Cu (77) جي مٿاڇري جوهري تناسب کي ترتيب ڏيڻ سان.مٿاڇري جي Cu-rich نموني کي هائيڊرو ڪاربن جي پيداوار لاءِ ترجيح ڏني وئي آهي، جڏهن ته مٿاڇري جي پيداوارن تي مشتمل آهي Ag-rich one CO جو غلبو آهي، الائي ٿيل ECR electrocatalysts لاءِ ايٽمي تناسب جي اهميت کي اجاگر ڪندي.مقامي ايٽمي ترتيب جي ڪري جاميٽري اثر خاص طور تي وچولي جي پابند قوت کي متاثر ڪري سگھي ٿو.Gewirth ۽ همراهڪار (36) ڏيکاريا ته Cu-Ag الائيز مان additive-controlled electrodeposition ڏيکاريا ويا ~ 60% FE C2H4 لاءِ الڪائن فلو اليڪٽرولائزر ۾ (Fig. 3, A ۽ B).انهي صورت ۾، بهتر ڪيل C2H4 چونڊ کي حاصل ڪري سگهجي ٿو مورفولوجي ۽ Ag-loading Tuning.اي سي آر جي دوران ايگ سائيٽن کي CO جي ٺهڻ لاءِ پروموٽر جو ڪردار ادا ڪرڻ تي يقين ڪيو ويو.ان کان پوء، CO انٽرميڊيٽ جي بهترين دستيابي پاڙيسري Cu ۾ C─C جوڙڻ ۾ مدد ڪري سگهي ٿي.ان کان علاوه، Ag Cu-Ag catalyst synthesis (Fig. 3C) دوران Cu2O جي ٺهڻ کي به فروغ ڏئي سگهي ٿو، جنهن جي نتيجي ۾ C2H4 پيداواري ڪارڪردگيءَ ۾ واڌارو ٿئي ٿو.هي همراهه C─C کپلنگ ڪيٽالسٽس جي ترقي لاءِ نوان امڪان پيدا ڪري ٿو.ان کان علاوه، مصر جي نظام ۾ مختلف دھاتن جي ميلاپ جو نمونو پڻ ECR مصنوعات جي ورڇ جو اندازو لڳائي سگھي ٿو.مثال طور Pd-Cu مصر جو استعمال ڪندي (تصوير 3D)، ڪينس ۽ همراهن (71) اهو ظاهر ڪيو ته هڪ مرحلو کان الڳ ٿيل Pd-Cu ڪيٽالسٽ C2H4 لاءِ ان جي ترتيب ڏنل ۽ بي ترتيب جي مقابلي ۾ اعليٰ ترين چونڊ (~ 50٪) پيش ڪري سگهي ٿو. هم منصبڊي-بينڊ جي نظريي مطابق، عام طور تي، منتقلي ڌاتو ھيٺئين ڊي-بينڊ سينٽر سان، ڌاتو جي سطحن (78) تي سيٽو پيدا ٿيل وچولي جي ڪمزور پابند ڏيکاري ٿي.جڏهن ته فيز کان الڳ ٿيل Pd-Cu الاءِ Cu نانو پارٽيڪلز (NPs) سان CO لاءِ ساڳي ڪيٽيليٽڪ چونڊ ۽ سرگرمي ڏيکاري ٿي، ان Pd ٽيوننگ ذريعي وچولي جي طرف مڪمل طور تي مختلف پابند قوت پيش ڪئي.جيئن تصوير 3E ۾ ڏيکاريل آهي، فيز کان الڳ ٿيل Cu-Pd مصر جو سڀ کان گهٽ ڊي بينڊ سينٽر ڏيکاريو ويو، جڏهن ته Cu NP جو سڀ کان وڌيڪ آهي.اهو مشورو ڏئي ٿو ته مرحلو کان الڳ ٿيل Cu-Pd مصر ۾ CO وچولي لاءِ گهٽ ۾ گهٽ پابند قوت هئي.ھن مشاهدي جو مطلب آھي ته جاميٽري ۽ ڍانچي جو اثر اليڪٽرانڪ اثر کان بھتر ڪردار ادا ڪري سگھي ٿو ھائيڊرو ڪاربن سليڪٽيٽي کي بھتر ڪرڻ لاءِ فيز کان الڳ ٿيل Cu-Pd الائي ڪيس ۾.اڄ تائين، صرف خالص تانبا يا ٽامي تي ٻڌل مصر، CO2 کان C2+ هائيڊرو ڪاربن جي اليڪٽررو ڪيميڪل گھٽتائي لاءِ اعليٰ چونڊ ۽ سرگرمي ڏيکاري ٿو.ان ڪري، ECR مان C2+ هائيڊرو ڪاربن جي پيداوار لاءِ هڪ نئون اليڪٽرڪٽريڪلسٽ تيار ڪرڻ تمام ضروري آهي.CO2 هائيڊروجنيشن کان متاثر ٿي، هڪ ابتدائي مطالعي مان اهو ظاهر ڪيو ويو آهي ته مختلف مرحلن سان ني-گا مصر C2H4 نسل (79) لاءِ استعمال ٿي سگهي ٿو.اهو ڏيکاري ٿو ته Ni5Ga3 فلم CO2 کي C2H4 ۽ ايٿين (C2H6) کي گھٽائي سگھي ٿي.جيتوڻيڪ C2+ هائيڊرو ڪاربن جي طرف FE 5٪ کان گهٽ آهي، اهو شايد الائي اثر جي بنياد تي C─C ڪپلنگ جي طرف اليڪٽرڪاتلسٽ اسڪريننگ لاءِ نيون لائينون کولي سگهي ٿو.

(A کان C) Cu-Ag bimetallic catalysts by fabricated by additive-controlled electrodeposition: (A) اسڪيننگ اليڪٽران مائڪرو اسڪوپي (SEM) Cu تار جي، Cu-Ag poly، ۽ Cu-Ag تار ۽ (B) لاڳاپيل C2H4 FE.(سي) EXAFS ڏيکاريو ويو ته Cu-Ag تار هڪجهڙائي سان ملايو ويو ۽ Cu (I) آڪسائيڊ پيش ڪيو ويو.(الف) کان (سي) آمريڪي ڪيميڪل سوسائٽي (36) جي اجازت سان ٻيهر تيار ڪيا ويا آهن.(D ۽ E) Cu-Pd ڪيٽالسٽس مختلف ميلاپ جي نمونن سان: (D) تصوير، ٽرانسميشن اليڪٽران مائيڪرو اسڪوپي (TEM) تصويرون، ۽ توانائي-منتشر اسپيڪٽروڪوپي عنصر نقشا ترتيب ڏنل، بي ترتيب، ۽ مرحلن کان جدا ٿيل Cu-Pd مرکب ۽ (E) ) مٿاڇري ويلنس بينڊ فوٽو ايميشن اسپيڪٽرا ۽ ڊي-بينڊ سينٽر (عمودي لڪير) Cu-Pd الائيز جي فرمي سطح جي نسبت سان.(ڊي) ۽ (اي) آمريڪي ڪيميائي سوسائٽي (71) جي اجازت سان ٻيهر تيار ڪيا ويا آهن.au، صوابديدي يونٽ.

مصر جي اثر کان علاوه، آڪسائيڊشن رياستن کي هٿي ڏيڻ هڪ ٻيو اهم اصول آهي جيڪو برقياتياتيات جي ڪارڪردگي کي ترتيب ڏئي ٿو، جيڪو مواد جي مقامي اليڪٽرانڪ ساخت کي متاثر ڪري سگهي ٿو.پهريون مثال آڪسائيڊ اسٽيٽ جي ڪيٽيلسٽ جي ٽيوننگ لاءِ آڪسائيڊ نڪتل مواد استعمال ڪرڻ آهي.ڪيٽيليسٽ جي مٿاڇري يا مٿاڇري تي رهجي ويل آڪسيجن جون جنسون سيٽو ريڊڪشن کان پوءِ دات جي مرڪز جي آڪسائيڊريشن جي حالت کي منظم ڪري سگھن ٿيون.مثال طور، پلازما-آڪسائيڊ ٿيل Cu 60٪ کان وڌيڪ C2H4 جي طرف چونڊيل ڏيکاريو ويو، جنهن کي گهٽتائي-مزاحمتي Cu+ (37) سان منسوب ڪيو ويو.ان ڳالهه جي تصديق ڪرڻ لاءِ ته Cu+ اعليٰ ايٿيلين جي چونڊ لاءِ اهم پيٽرولر آهي، اسان مختلف پلازما استعمال ڪندي ڪنٽرول تجربا ڪيا (تصوير 4A).حالت ۾ سخت ايڪس ري جذب ڪرڻ واري اسپيڪٽرو اسڪوپي وڌيڪ ڏيکاريو ته (ذيلي) سطحي پرت ۾ بقايا آڪسائيڊس گھٽتائي جي حالت جي خلاف مستحڪم آهن، Cu+ نسلن جي هڪ وڏي مقدار ۾ 1 ڪلاڪ جي گھٽتائي کان پوءِ باقي رهي ٿي −1.2 V جي مقابلي ۾ نسبتا اعلي صلاحيت تي. هائيڊروجن اليڪٽرروڊ (RHE).ان کان علاوه، هڪ سول-جيل تانبا آڪسي ڪلورائڊ مان ٽامي جي اليڪٽرروڊپوزيشن ٻيهر تصديق ڪئي ته مستحڪم مٿاڇري Cu+ نسلون C2H4 (61) جي چونڊ کي بهتر بڻائي سگهن ٿيون.مختلف لاڳو ٿيل امڪانن جي تحت هڪ تانبا ڪيٽيليسٽ جي آڪسائيڊريشن اسٽيٽ کي وقت جي حل ٿيل سيٽو نرم ايڪس-ري جذب اسپيڪٽروڪوپي ۾ استعمال ڪندي ٽريڪ ڪيو ويو.Cu2+ کان Cu+ تائين ابتدائي منتقلي جو مرحلو تمام تيز آهي.جڏهن ته، Cu+ نسلن جي وڌيڪ برقي ڪيميائي گهٽتائي Cu0 ڏانهن تمام گهڻي سست آهي.Cu+ نسلن جو لڳ ڀڳ 23 سيڪڙو 1 ڪلاڪ جي مسلسل گهٽتائي کان پوءِ به رهي ٿو -1.2 V بمقابله RHE (تصوير 4B).مشيني اڀياس اهو ظاهر ڪيو آهي ته Cu+ ۽ Cu0 جي وچ ۾ انٽرفيس وچولين جي وچ ۾ اليڪٽررو اسٽيٽيٽڪ ڪشش جو سبب بڻجندو آهي ڇاڪاڻ ته *CO@Cu+ جو C ايٽم مثبت طور تي چارج ڪيو ويندو آهي، جڏهن ته *CO@Cu0 جو منفي طور تي چارج ڪيو ويندو آهي (80)، جنهن جي نتيجي ۾، ان کي وڌايو ويندو آهي. C─C بانڊ ٺهي ٿو ۽ اهڙيءَ طرح C2+ هائيڊرو ڪاربن پيدا ڪري ٿو.آڪسائيڊ مان نڪتل مواد کان علاوه، ٽامي نائٽرائڊ (Cu3N) پڻ استعمال ڪيو ويو (ذيلي) سطح Cu+ جنس حاصل ڪرڻ لاءِ *CO (81) جي dimerization توانائي جي رڪاوٽ کي گھٽائڻ لاءِ.ان کان علاوه، آڪسائيڊ مان نڪتل Cu جي مقابلي ۾، Cu3N مان نڪتل Cu+ نسل اڃا به وڌيڪ مستحڪم آهن (تصوير 4C).نتيجي طور، نائٽرائڊ مان نڪتل ٽامي ڪيٽالسٽ C2H4 لاءِ 39 ± 2٪ جو FE ڏيکاري ٿو، خالص Cu (~ 23٪) ۽ آڪسائيڊ نڪتل Cu (~ 28٪) کان وڌيڪ ڪارڪردگي ڏيکاري ٿو.مٿي بيان ڪيل Cu+/Cu ڪيٽيليٽڪ سسٽم جي مطابق، بورون استعمال ڪيو ويو آهي هيٽروٽوم ڊوپنٽ کي متعارف ڪرائڻ ۽ مستحڪم ڪرڻ لاءِ Cuδ+ (41).ٽامي جي اوسط آڪسائيڊ جي حالت کي ڪنٽرول ڪري سگهجي ٿو +0.25 کان +0.78 تائين بورون ڊوپنٽ جي ڪنسنٽريشن کي تبديل ڪندي.رياستن جي منصوبابندي ڪيل کثافت ڏيکاري ٿي ته اليڪٽران تان تان بورون ڏانهن منتقل ٿي ويا آهن، هڪ ڊوپنٽ-حوصلہ افزائي مثبت طور تي چارج ٿيل ٽامي سائيٽن ڏانهن.بورون-ڊاپڊ ٽامي *CHO وچولي جي وڌايل ٺهڻ واري توانائي ڏيکاري ٿي، ۽ اهڙيء طرح، C1 مصنوعات ڏانهن رد عمل جي رستي کي دٻايو.ان کان علاوه، اهو وڌائي سگھي ٿو ملٽي ڪاربن هائيڊرو ڪاربن جي طرف چونڊيل *CO dimerization رد عمل توانائي (Fig. 4D).ڪاپر جي سراسري مٿاڇري جي آڪسائيڊ حالت کي بهتر ڪرڻ سان، هڪ اعليٰ C2 FE ~80% سان ~53% C2H4 حاصل ڪري سگھجي ٿو +0.35 (Fig. 4E).اڄ تائين، ٽامي تي فعال سائيٽن جي سڃاڻپ ڪئي وئي آهي Cu0، Cuδ+، ۽/يا انهن جي انٽرفيس ECR لاءِ مختلف مطالعي ۾ (39, 41, 42, 81, 82).بهرحال، فعال سائيٽ ڇا آهي اڃا تائين بحث ڪيو پيو وڃي.جڏهن ته Heteroatom doping-Induced Cuδ+ catalysts کي ڏيکاريو ويو آهي ته ECR لاءِ C2+ پروڊڪٽس لاءِ ڏاڍا سرگرم آهن، هڪ ئي وقت پيدا ٿيل خرابين ۽ انٽرفيس مان هم وقت سازي وارو اثر پڻ غور ڪيو وڃي.ان ڪري، آپرينڊو خاصيتن ۾ سسٽماتياتي ترقي ڪئي وڃي ته جيئن ٽامي جي مٿاڇري تي فعال مرڪز کي سڃاڻڻ ۽ رد عمل جي حالتن ۾ فعال ماڳن جي سيٽو ٽرانسفارميشن جي امڪاني مانيٽرنگ.ان کان علاوه، مثبت طور تي چارج ٿيل مسو جي استحڪام هڪ ٻيو انديشو آهي اليڪٽرڪ ڪيميائي گهٽتائي حالتن جي تحت.مستحڪم Cuδ+ سائيٽن سان ڪيٽالسٽس کي ڪيئن ٺهڪائڻ هڪ چئلينج رهي ٿو.

(الف) مختلف پلازما چالو ٽامي ڪيٽالسٽن جي C2H4 چونڊ جو خلاصو.فطرت پبلشنگ گروپ (37) جي اجازت سان ٻيهر پيش ڪيو ويو.اسڪيل بار، 500 nm.(ب) Cu oxidation جو تناسب −1.2 V تي رد عمل جي وقت سان واسطو رکي ٿو بمقابله RHE اليڪٽرروڊپيز ٿيل ٽامي ۾.فطرت پبلشنگ گروپ (61) جي اجازت سان ٻيهر پيش ڪيو ويو.(سي) Cu-on-Cu3N يا Cu-on-Cu2O ۾ RHE بمقابله −0.95 V تي رد عمل جي وقت جي ڪارڪردگي سان Cu+ نسلن جو تناسب.فطرت پبلشنگ گروپ (81) جي اجازت سان ٻيهر پيش ڪيو ويو.(ڊي) بورون ڊاپنگ تان تان جي مٿاڇري ۾ CO جي اوسط جذب ڪرڻ واري توانائي کي تبديل ڪرڻ جي قابل ٿي ويو ۽ CO─CO dimerization توانائي کي گھٽائي.1[B]، 2[B]، 3[B]، 4[B]، ۽ 8[B] تانبا ڪيٽالسٽن ۾ زير زمين بوران ڊاپنگ جي ڪنسنٽريشن جو حوالو ڏنو ويو، جيڪي 1/16، 1/8، 3/ 16، 1/4، ۽ 1/2، ترتيب سان.(اي) آڪسائيڊريشن اسٽيٽ ۽ FE جي وچ ۾ تعلق C2 يا C1 پروڊڪٽس جي بورون-ڊاپڊ ڪاپر ڪيٽالسٽس ۾.(D) ۽ (E) فطرت پبلشنگ گروپ (41) جي اجازت سان ٻيهر تيار ڪيا ويا آهن.(F) تانبا جي ورق جون SEM تصويرون Cu2O فلمن جي مختلف ٿلهين سان اڳ (مٿي) ۽ پوءِ (هيٺ) ECR.آمريڪي ڪيميائي سوسائٽي (83) جي اجازت سان ٻيهر تيار ڪيل.

اليڪٽرڪ ڍانچي کان سواءِ، آڪسائيڊ مان نڪتل مواد به مورفولوجي يا ڍانچي جي ارتقاءَ جو سبب بڻجي سگھي ٿو ان حالت ۾ گهٽتائي واري عمل دوران.مورفولوجي يا ڍانچي جي نقطه نظر کان، آڪسائيڊ نڪتل اليڪٽرڪيڪلالسٽس جي بهتر برقي ڪارڪردگي ڪارڪردگي کي فعال اناج جي حدن، ڪنڊن، ۽ قدمن جي ٺهڻ سان منسوب ڪيو ويو آهي (83-85).Yeo ۽ همراهڪار (83) ٻڌايو چونڊيل C─C جوڙڻ تي اليڪٽرروڊپوزٽ ٿيل Cu2O فلمن تي مختلف ٿلهي سان (Fig. 4F).سيٽو رمان اسپيڪٽروڪوپي ۾ ظاهر ڪيو ويو آهي ته Cu2O فلمن جي مٿاڇري کي ECR (83) دوران مستحڪم دھاتي Cu0 تائين گهٽجي ويو.نتيجي طور، دھاتي Cu0 تصديق ڪئي وئي آهي Catalytic فعال مرڪز جي بدران Cu+ ذات يا Cu+/Cu0 انٽرفيس.Cu2O کي دھاتي Cu0 تائين گھٽائڻ جي عمل ۾، ڪيٽالسٽ جي مٿاڇري جو امڪان آھي سيٽو فارم، ڪنارن ۽ ڇتين ۾.اها نشاندهي ڪئي وئي ته ٺهيل مرحلا ۽ ڪنارا ڇتن جي ڀيٽ ۾ وڌيڪ فعال آهن، انهن جي *CO سان مضبوط بائنڊنگ مان نڪرندي آهي، جيڪا *CO کان *CHO يا *CH2O کي اڳتي وڌائي سگھي ٿي.ان کان علاوه، ايج Cu ايٽم هڪ پروموٽر آهن *CHO ۽ *CH2O ٺهڻ کي وڌائڻ لاءِ.اڳوڻو ڪم تجويز ڪيو ويو ته *CHO ۽ *CH2O وچولي C─C جوڙڻ لاءِ وڌيڪ سازگار آهن *CO کان ڪينيٽيڪس ۾ (86).سطح جي مورفولوجي کي منظم ڪرڻ سان، *CHO ۽ *CH2O وچولين جي ڪيميسورپشن توانائي کي بهتر بڻائي سگهجي ٿو.هن مطالعي ۾، ليکڪ ڏٺائين ته C2H4 جو FE 40 کان 22 سيڪڙو گهٽجي ويو جڏهن انهن Cu2O پتلي فلم جي ٿلهي کي 0.9 کان 8.8 μm تائين وڌايو.اهو گهٽ هموار ٿيل Cu جي ڪنسنٽريشن جي ڪري آهي جيڪو Cu2O ٿلهي ۾ واڌ سان وڌي ٿو.اهي غير هموار ٿيل ايٽم مضبوط طور تي H سان جڙيل هوندا آهن، ۽ اهڙيءَ طرح، C─C جوڙڻ جي ڀيٽ ۾ هائيڊروجن جي ارتقا لاءِ وڌيڪ ترجيح ڏني ويندي آهي.هن ڪم اهو ظاهر ڪيو آهي ته آڪسائيڊ نڪتل ٽامي ڪيٽالسٽ چارج ٿيل Cuδ+ نسلن کي متعارف ڪرائڻ جي بدران سطح جي مورفولوجي جي بحالي ذريعي C2H4 چونڊ کي خاص طور تي وڌائي سگھي ٿو.آڪسائيڊ مان نڪتل ڪيٽالسٽن کي استعمال ڪندي، ايٿين (C2H6) پڻ چونڊيل طور تي پيليڊيم (II) ڪلورائڊ (PdCl2) اليڪٽرولائٽ (34) ۾ اضافو جي مدد سان تيار ڪيو ويو آهي.اهو ظاهر ڪيو ويو ته Cu2O-derived Cu جي مٿاڇري تي جذب ٿيل PdClx C2H6 ارتقاء لاءِ اهم ڪردار ادا ڪيو.خاص طور تي، CO2 پهريون ڀيرو Cu2O نڪتل فعال Cu سائيٽن تي C2H4 تائين گھٽجي ويو، ۽ پوء ٺهيل C2H4 کي C2H6 پيدا ڪرڻ لاء adsorbed PdClx جي مدد سان هائڊروجن ڪيو ويندو.PdCl2 جي مدد سان C2H6 جي FE <1 کان 30.1٪ تائين وڌي وئي.اهو ڪم مشورو ڏئي ٿو ته چڱي طرح بيان ڪيل اي سي آر ڪيٽيليسٽ ۽ اليڪٽرروليٽ اضافو جو ميلاپ شايد مخصوص C2 + پيداوار جي پيداوار لاءِ نوان موقعا کولي سگھن ٿا.

مورفولوجي ۽/يا ڍانچي جي ضابطي جي نمائندگي ڪري ٿي هڪ ٻي متبادل حڪمت عملي ڪيٽيليٽڪ چونڊ ۽ سرگرمي کي ماڊل ڪرڻ لاءِ.ڪيٽالسٽ جي سائيز، شڪل، ۽ بي نقاب پہلون کي ڪنٽرول ڪرڻ وڏي پيماني تي ڏيکاريو ويو آهي اي سي آر ڪارڪردگي بهتري لاءِ (58, 87, 88).مثال طور، Cu (100) پاسو اندروني طور تي C2H4 نسل لاءِ ترجيح ڏني وئي آهي، جڏهن ته Cu (111) ڪيٽالسٽ مان غلبو حاصل ڪيل پيداوار ميٿين (CH4) (87) آهي.مختلف شڪلين ۽ سائزن سان Cu nanocrystals جي مطالعي ۾، بونسانٽي ۽ همراهڪار (58) پڌرو ڪيو ته ڪعبي جي شڪل واري ٽامي نانوڪريسٽلز (Fig. 5A) ۾ C2H4 جي چونڊيليت جي غير مونوٽونڪ سائيز انحصار.اندروني طور تي، ڪعبي Cu nanocrystals نمايان ڪئي اعلي C2H4 سرگرمي ۽ چونڊيل گولي Cu nanocrystals جي ڀيٽ ۾ (100) پاسن جي برتري جي ڪري.ڪعبي Cu جو ننڍو ڪرسٽل سائيز اعليٰ سرگرمي پيش ڪري سگھي ٿو ڇاڪاڻ ته گھٽ هموار ٿيل مٿاڇري جي سائيٽن، جهڙوڪ ڪنارن، قدمن ۽ ڪنڪس جي وڌندڙ ڪنسنٽريشن جي ڪري.جڏهن ته، گهٽ هموار ٿيل سائيٽن جي مضبوط ڪيميسورپشن سان گڏ اعلي H2 ۽ CO جي چونڊ سان گڏ هئي، نتيجي ۾ مجموعي طور تي گهٽ هائيڊرو ڪاربن FE.ٻئي طرف، ڪنارن جي سائيٽن جو تناسب جهازن جي سائيٽن جي گھٽتائي سان گڏ ذرات جي سائز ۾ اضافو ٿيو، جيڪو پڻ C2H4 جي پيداوار جي ڪارڪردگي کي متاثر ڪري ٿو.ليکڪن ظاھر ڪيو ته وچولي-سائيز ڪاپر نانوڪوبس 44-nm کنڊ جي ڊگھائي سان گڏ سڀ کان وڌيڪ C2H4 سليڪٽيٽي ڏيکاري ٿي، ڇاڪاڻ ته ذرڙن جي سائيز ۽ ڪنارن جي سائيٽن جي کثافت جي وچ ۾ بهتر توازن جي ڪري.ان کان علاوه، مورفولوجي پڻ اي سي آر دوران مقامي پي ايڇ ۽ ماس ٽرانسپورٽ کي متاثر ڪري سگھي ٿو.اهو ظاھر ڪيو ويو آھي ته ڪيٽالسٽ مٿاڇري جي ڀرپاسي ۾ اعلي مقامي پي ايڇ، جيڪا OH− جي صورت ۾ پيدا ٿئي ٿي، پروٽون شامل ردعمل واري رستي کي دٻائي ٿي.نتيجي طور، C2 + هائيڊرو ڪاربن ٺهڻ جي ذريعي *CO dimerization کي وڌائي سگھجي ٿو، ۽ CH4 ٺھيل *COH وچولي ذريعي روڪي سگھجي ٿو.کاپر نانوائر صفن (Fig. 5B) کي وڌايو ويو آھي حاصل ڪرڻ لاء مقامي پي ايڇ (68).عام طور تي استعمال ٿيندڙ اليڪٽرولائيٽ جي طور تي، CO2 سير ٿيل پوٽاشيم بائيڪاربونيٽ (KHCO3) حل جلدي مقامي OH− (HCO3− + OH− = CO32− + H2O) کي غير جانبدار ڪري ڇڏيندو ۽ مقامي پي ايڇ کي گهٽائيندو.هڪ ڊگھي مائڪرو اسٽريچر سان، HCO3 جي پکيڙ Cu nanowire arrays ۾ ڪنهن نه ڪنهن طرح گهٽجي سگهي ٿي ته جيئن مقامي OH− لاءِ غير جانبداري واري اثر کي ڪجهه حد تائين دٻايو ويندو.ساڳئي اصول جي بنياد تي، ٽامي جي ميشز صحيح طور تي ڪنٽرول ٿيل ميسوپورس سان گڏ (Fig. 5C) C2H4 يا C2H6 پيداوار (32) لاء بهتر ڪيل FE ڏيکاري ٿي.اهو ڏيکاري ٿو ته اليڪٽرروڊ جي مٿاڇري ۾ مقامي پي ايڇ کي وڌائي سگھجي ٿو سوراخ جي چوٽي کي تنگ ڪندي، نتيجي ۾ گھٽجي ويو C1 پراڊڪٽ FE ۽ وڌايو ويو C2 پراڊڪٽ FE.ان کان علاوه، سوراخ جي کوٽائي کي وڌائڻ سان، وڏي گھٽتائي جي پيداوار C2H4 کان C2H6 تائين ٿي سگهي ٿي.C2H6 جي FE 46٪ جي طور تي اعلي هئي.جيئن ته ڪيميڪلز کي ECR دوران سوراخن جي اندر محدود ڪيو ويو آهي، ان ڪري ڊگھي سوراخن جي ڪري اهم وچولين جي ڊگھي برقرار رکڻ واري وقت کي سنتر ٿيل C2 هائيڊرو ڪاربن جي طرف اعليٰ چونڊ جو بنيادي سبب بيان ڪيو ويو آهي.CuI مان نڪتل Cu nanofibers پڻ C2H6 (FE = 30٪ تي −0.735 V بمقابله RHE) (89) جي طرف اعليٰ چونڊ ڏيکاريا.CuI مان نڪتل Cu nanofibers جي anisotropic مورفولوجي ۽ مٿاڇري جي سطح جي خرابي جذب ٿيل H2 جي ٽريپنگ ڪارڪردگي کي بهتر بڻائي سگھي ٿي ۽ اھڙي طرح C2H6 جي FE کي وڌائي سگھي ٿي.

(اي کان سي) مورفولوجي يا ساخت جي اثرات.(الف) ائٽم جي کثافت (کاٻي محور) ۽ ڪنارن جي سائيٽن تي ايٽمن جو تناسب (Nedge) ۽ (100) جهاز (N100) (ساڄي محور) تي ايٽم جي ڊيگهه (ڊي) سان مطابقت ۾.جان ولي ۽ سنز (58) جي اجازت سان ٻيهر پيش ڪيو ويو.(ب) مورفولوجي جي اسڪيم سبب پي ايڇ جي تبديلي.جان ولي اينڊ سنز (68) جي اجازت سان ٻيهر تيار ڪيو ويو.(سي) ميسوپور ٽامي جي پيداوار جي چونڊ مختلف سوراخن جي سائزن ۽ کوٽائي سان.جان ولي ۽ سنز (32) جي اجازت سان ٻيهر تيار ڪيو ويو.(ڊي کان ايڇ) ليگنڊ اثرات.(D ۽ E) ECR تانپر نانوائر (Cu NW) تي مختلف قسم جي امينو اسيد (D) يا موڊيفائرز (E) سان −1.9 V تي. رائل سوسائٽي آف ڪيمسٽري جي اجازت سان ٻيهر تيار ڪيل (35).(F) C2H4 جي پيداوار جي شرح مختلف هالائڊ اليڪٽرولائٽس ۾ مختلف جذبي صلاحيت سان Cu(35).آمريڪي ڪيميائي سوسائٽي (91) کان اجازت سان ٻيهر تيار ڪيو ويو.NHE، عام هائيڊروجن اليڪٽرروڊ.(G) FE جو C2H4 ۽ CO مختلف ڪنسنٽريشنز ۾ KOH اليڪٽرولائٽس ۽ (H) C2H4 جو ٽفيل سلوپ KOH اليڪٽرولائٽس جي مختلف ڪنسنٽريشن ۾.(G) ۽ (H) آمريڪي ايسوسيئيشن فار دي ايڊوانسمينٽ آف سائنس (AAAS) (33) مان ورتل آهن.

اي سي آر جي برقي ڪيميائي ڪارڪردگي کي بهتر ڪرڻ لاءِ ننڍڙن ماليڪيولز کي استعمال ڪندي ڪيٽيلسٽ مٿاڇري جي تبديلي هڪ ٻي مشهور حڪمت عملي آهي.هي حڪمت عملي ڪيٽيليسٽ مٿاڇري جي ويجهو مائڪرو ماحوليات تي اثر انداز ٿي سگهي ٿي، جيڪا مٿاڇري جي لئگينڊ ۽ وچولي وچ ۾ رابطي جي ڪري اهم وچولي کي مستحڪم ڪري سگهي ٿي.امين کي اي سي آر (35) کي فروغ ڏيڻ لاء هڪ ترميمي طور تي ٻڌايو ويو آهي.مختلف امينو اسيد، جن ۾ گلائسين (گلي)، ڊي ايل-الانائن (آلا)، ڊي ايل-ليسين (ليو)، ڊي ايل-ٽريپٽوفن (ٽير)، ڊي ايل-آرگينائن (آرگ)، ۽ ڊي ايل-ٽريپٽوفن (ٽرپ) شامل آهن، تحقيق ڪئي وئي آهي. مسو نانوائرز تي انهن جي اثرات جو مطالعو (35).جيئن تصوير 5D ۾ ڏيکاريل آهي، سڀئي امينو اسيد تي ٻڌل ligands C2+ هائيڊرو ڪاربن جي چونڊ کي بهتر ڪرڻ جي قابل هئا.اهڙي واڌارو مان معلوم ٿئي ٿو ته ─COOH ۽ ─NH2 فنڪشنل گروپ امينو اسيد ۾ شايد اي سي آر جي بهتري جي چونڊ لاءِ ذميوار آهن.اڳيون رپورٽون واضح ڪيون ويون آهن ته Cu مٿاڇري تي امينو اسيد جو جذب ٻنهي ─COOH ۽ ─NH2 گروپن (35, 90) ذريعي حاصل ڪيو ويو.اسٽريڪ ايسڊ (C17H35COOH، RCO2H)، جنهن ۾ صرف ─COOH گروپ شامل آهي، ─COOH جي ڪردار کي سڃاڻڻ لاءِ چونڊيو ويو.ٻيا ترميم ڪندڙ، جيئن ته A-anthraquinone diazonium salt (AQ)، o-nitrobenzene diazonium salt (PhNO2)، ۽ dodecyl mercaptan (C12H25SH، RSH)، جن ۾ نه ─COOH ۽ نه ئي ─NH2 گروپ شامل آھن، پڻ تحقيق ڪئي وئي.جڏهن ته، اهي سڀئي مثبت نه هئا C2 + هائيڊرو ڪاربن FE بهتري (Fig. 5E).نظرياتي حسابن مان اشارو ڪيو ويو آهي ته ─NH3 + adsorbed zwitterionic glycine ۾ گروپ *CHO وچولي کي انهن جي مضبوط رابطي جي ڪري، جهڙوڪ هائڊروجن بانڊز کي مستحڪم ڪري سگهي ٿو.اليڪٽرولائٽ ۾ هلائڊ آئنز جو تعارف هڪ ٻيو طريقو آهي ڪيٽالسٽن کي تبديل ڪرڻ جو (91, 92).جيئن تصوير ۾ ڏيکاريل آهي. 5F، C2H4 پيداوار جي شرح پلازما-فعال Cu تي خاص طور تي halide additives جي مدد سان وڌي سگهي ٿي.اهو ڏيکاريو ويو آهي ته I− آئن Br− ۽ Cl− کان وڌيڪ سرگرم آهي، I−، Br−، ۽ Cl− جي ملندڙ جذبي توانائيءَ سان Cu(100) پاسن تي (91).halides کان علاوه، هائيڊروڪسائيڊ آئن پڻ C2H4 جي چونڊ تي مثبت اثر ڏيکاريا آهن.تازو، سارجنٽ ۽ همراهڪار (33) ٻڌايو CO2-to-C2H4 تبديلي ~ 70% FE سان متمرکز پوٽاشيم هائيڊروڪسائيڊ (KOH) اليڪٽرولائٽ (10 M تائين) هڪ وهڪري جي سيل ۾.جيئن تصوير 5G ۾ ڏيکاريل آهي، 10 M KOH اليڪٽرولائٽ ۾ CO ۽ C2H4 جي شروعاتي صلاحيت 1 M KOH جي مقابلي ۾ تمام گهٽ هئي.ان کان علاوه، C2H4 ٺهڻ جي ٽفيل سلپ (Fig. 5H) هائيڊروڪسائيڊ ڪنسنٽريشن جي واڌ سان گهٽجي وئي (135 mV ڏهاڪي -1 1 M KOH ۾ ۽ 65 mV ڏهاڪي -1 10 M KOH ۾)، مجموعي شرح جي منتقلي جو مشورو ڏئي ٿي- قدم جو تعين ڪرڻ.کثافت فنڪشنل ٿيوري (DFT) نتيجن ثابت ڪيو ته مرڪوز هائڊروڪسائيڊس جي موجودگي CO جي وچولي جي پابند توانائي کي گهٽائي سگهي ٿي ۽ OCCO وچولي ۾ ٻن ڪاربن ايٽمن جي وچ ۾ چارج عدم توازن کي وڌايو.نتيجي طور، OCCO وچولي کي وڌيڪ مستحڪم ڪيو ويندو هڪ مضبوط ڊپول ڪشش ذريعي، CO dimerization لاء گهٽ چالو توانائي جي رڪاوٽ جي ڪري، جيڪو پوء مجموعي ڪارڪردگي کي بهتر بڻائيندو.

C2+ آڪسيجنٽس جهڙوڪ ايٿانول (CH3CH2OH) انتهائي قيمتي ECR پروڊڪٽس جو ٻيو وڏو درجو آهي.ايٿانول جي صنعتي جوڙجڪ هڪ توانائي-گھڻي عمل آهي، جيڪو پڻ ايٿيلين يا زرعي فيڊ اسٽاڪ جي وڏي مقدار کي استعمال ڪري ٿو (40).اهڙيءَ طرح، CO2 مان ايٿانول يا ٻيون C2+ آڪسيجن جي اليڪٽرڪ ڪيٽيليٽڪ پيداوار تمام گهڻو اقتصادي ۽ ماحولياتي احساس پيدا ڪري ٿي.جيئن ته ECR کان ايٿانول جنريشن C2H4 سان هڪ وچولي وچولي شيئر ڪئي جيڪا *C2H3O (43) آهي، هن وچولي جي چونڊيل هائيڊروجنيشن ECR رستن کي C2H4 کان الڪوحل تائين تبديل ڪري سگهي ٿي (64).جڏهن ته، اڪثر سسٽم ۾، C2 + آڪسيجن جي طرف چونڊيل هائيڊرو ڪاربن (31, 37, 39, 41, 42, 67) کان تمام گهٽ آهي.اهڙيء طرح، هن حصي ۾، اسان کي نمايان ڪنداسين electrocatalyst ڊيزائن حڪمت عمليون جيڪي 25٪ کان وڌيڪ متاثر ٿيندڙ C2+ آڪسيجنٽ FE حاصل ڪري سگھن ٿيون.

جيئن مٿي بيان ڪيو ويو آهي، چڱي طرح ٺهيل بيميٽالڪ ڪيٽالسٽس C2+ هائيڊرو ڪاربن جي پيداوار لاءِ چونڊ ۽ سرگرمي کي بهتر بڻائي سگهن ٿا.C2+ آڪسيجنٽس (38, 93, 94) لاءِ اليڪٽرڪ ڪيٽيليٽڪ ڪارڪردگي بهتر ڪرڻ لاءِ هڪ جهڙي نه پر هڪجهڙي حڪمت عملي پڻ استعمال ڪئي وئي آهي.مثال طور، Ag-Incorporated Cu-Cu2O ڪيٽالسٽس ڏيکاريا ويا ٽيونبل ايٿانول چونڊ، ۽ سڀ کان وڌيڪ ايٿانول FE 34.15٪ (95) هو.biphasic چوديواري جي مرحلي ۾ ملاوٽ ٿيل Ag-Cu مصر ۾، Ag/Cu ائٽمي تناسب جي بدران، ايٿانول جي چونڊيل پيداوار لاءِ اهم عنصر جي سڃاڻپ ڪئي وئي.جيئن ته Cu سائٽ ايگ سائيٽ جي تمام ويجھو آهي هڪ مرحلي ۾ ٺهيل نموني (Ag-Cu2OPB)، فيز-بلينڊ ٿيل نموني لاءِ ايٿانول وچولين جي ٺهڻ جي شرح کي ترقي ڪري سگهجي ٿو فيز کان الڳ ٿيل هڪ (Ag-Cu2OPS) جي مقابلي ۾. )، هڪ بهتر ايٿانول نسل جي ڪارڪردگي لاء.ايٿانول کان علاوه، Cu-Ag bimetallic NPs پڻ ڏيکاريا ويا آهن CO2 کي benzotriazole (93) جي اضافي سان ايڪٽيٽ ۾ تبديل ڪرڻ.−1.33 V بمقابله RHE، ايڪٽيٽ جو FE 21.2٪ هو.ھن صورت ۾ ٻه ممڪن رد عمل جا رستا تجويز ڪيا ويا: ھڪڙو CO dimerization تي مبني آھي، ۽ ٻيو ھڪڙو CO داخل ڪرڻ تي آھي، فعال Ag سائيٽن تي CO وچولي ٺاھڻ جي نازڪ ڪردار کي اجاگر ڪندي.اهڙو ئي مشاهدو ڪيو ويو Cu-Zn catalysts (Fig. 6, A ۽ B) ۾ ايٿانول جي پيداوار لاءِ (38).Zn-Cu alloyed catalysts ۾ Zn جي مواد کي ترتيب ڏيڻ سان، C2H4 FE جي مقابلي ۾ ايٿانول جو تناسب 0.48 کان 6 جي حد ۾ چڱيءَ طرح ڪنٽرول ڪري سگھجي ٿو، C2+ آڪسيجنيٽ ٺهڻ لاءِ CO-Evoving سائيٽن جي اهميت جو اشارو ڏئي ٿو.ملائي ٿيل ڪيٽالسٽن جو ٺهڻ شايد ميٽرڪس مواد تي دٻاءُ وارو اثر پيدا ڪري سگهي ٿو، جيڪو ڪڏهن ڪڏهن گهربل نه هوندو.اهڙيء طرح، bimetallic catalysts ڏانهن سڌو رستو ڪجهه ٽارگيٽ مصنوعات لاء وڌيڪ مناسب ٿي سگهي ٿو.Jaramillo ۽ همٿ ڪارڪنن (96) هڪ آسان Au-Cu bimetallic سسٽم ٺاهي، سون جي NPs جي سڌي طرح جمع ڪرڻ سان ٺهيل پولي ڪرسٽلائن Cu ورق تي، ٽنڊيم ڪيٽيليسس اثر جي تحقيق ڪرڻ لاء.bimetallic Au-Cu نمائش ڪئي synergistic چونڊ ۽ سرگرمي C2 + الڪوحل جي طرف، خالص تانبا ۽ سون، ۽ AU-Cu الائي جي ڀيٽ ۾.Cu ورق جي مقابلي ۾، bimetallic Au-Cu سسٽم ڏيکاريو مقامي CO ڪنسنٽريشن وڌيو AU NPs (Fig. 6C) جي موجودگي جي ڪري جيڪي CO نسل لاءِ سرگرم هئا.سونا جيئن ته CO جي گھٽتائي لاءِ سرگرم نه آهي، AU-Cu bimetallic catalysts تي وڌايل C2 + شراب جي پيداوار جي شرح کي ٽنڊيم ڪيٽيليسس ميڪانيزم سان منسوب ڪيو ويو.خاص طور تي، سون جي NPs Cu مٿاڇري جي ويجهو هڪ اعلي مقامي CO ڪنسنٽريشن پيدا ڪري سگهي ٿي.اڳيون، گھڻي تعداد ۾ مقامي CO ماليڪيولز کي وڌيڪ گھٽائي سگھجي ٿو C2 + الڪوحلس تائين Cu ذريعي.

(الف کان سي) مصري اثرات.(الف) ايٿانول ۽ C2H4 جي وڌ ۾ وڌ FE ۽ مختلف Cu-Zn الائيز تي ايٿانول ۽ ايٿيلين جو FE تناسب.(ب) مختلف Cu-Zn مرکبات تي ايٿانول جي جزوي موجوده کثافت.(A) ۽ (B) آمريڪي ڪيميائي سوسائٽي (38) جي اجازت سان ٻيهر تيار ڪيا ويا آهن.(سي) سون، مسو، ۽ Au-Cu bimetallic سسٽم تي CO2 جي گھٽتائي ۽ CO ارتقاء جي شرح.فطرت پبلشنگ گروپ (96) جي اجازت سان ٻيهر پيش ڪيو ويو.(ڊي کان ايل) مورفولوجي يا ساخت جي اثرات.(ڊي) ڌاتو آئن سائيڪلنگ جي طريقي جي اسڪيمياتي مثال.(E ۽ F) SEM تصويرون 100-cycle Cu کان اڳ (E) ۽ بعد ۾ (F) ECR حالتن هيٺ اڳڀرائي.(G) TEM ۽ منتخب ٿيل-علائقي اليڪٽران جي تفاوت تجويز ڪيو ته Cu(100) بي نقاب ٿي ويا ۽ (H) مفت توانائي *OCCO ۽ *OCCHO ٺهڻ لاءِ Cu(100)، Cu(111)، ۽ Cu(211) پاسن تي.(D) کان (G) نيچر پبلشنگ گروپ (42) جي اجازت سان ٻيهر پيش ڪيا ويا آهن.(I) Cu(111)، Cu(751)، ۽ Cu(100) تي امڪاني ڪم جي طور تي آڪسيجن ۽ هائيڊرو ڪاربن جو تناسب.(ج) Cu(111)، Cu(100)، ۽ Cu(751) لاءِ ڪوآرڊينيشن نمبر.(I) ۽ (J) نيشنل اڪيڊمي آف سائنسز (97) جي اجازت سان ٻيهر تيار ڪيا ويا آهن.(K) Cu NPs کان ڪعبي وانگر ٽامي تائين تبديلي جي عمل جي اسڪيم.نيشنل اڪيڊمي آف سائنسز (98) جي اجازت سان ٻيهر پيش ڪيو ويو.(L) ECR کان اڳ ۽ بعد ۾ نانوڊينڊريٽڪ ٽامي جون SEM تصويرون.آمريڪي ڪيميائي سوسائٽي (99) جي اجازت سان ٻيهر تيار ڪيل.

electrocatalysts لاء کرسٽل فيٽس جي چونڊيل نمائش کي مخصوص ECR پروڊڪٽس ۽ بنيادي سمجھڻ لاء هڪ اهم طريقي سان بهتر ڪيل FE حاصل ڪرڻ لاء هڪ مؤثر ۽ سڌي طريقي جي طور تي ظاهر ڪيو ويو آهي.سنگل-ڪرسٽل ڪيٽالسٽس جو سادو پر اسپيبلبل ٺاھڻ مشڪل آھي.بيٽرين لاءِ galvanostatic چارجنگ-ڊسچارجنگ (GCD) جي طريقيڪار کان متاثر ٿي، اسان جي گروپ ھڪڙي ميٽيل آئن سائيڪلنگ جو طريقو ٺاھيو آھي (Fig. 6D) ھڪڙي Cu catalyst (42) جي ڪرسٽل پاسن کي منتخب ڪرڻ لاءِ.100 GCD سائيڪلن کان پوء، Cu ورق تي ھڪڙو گھڻائي Cu nanocube صف ٺاھيو ويو جنھن ۾ بي نقاب (100) پاسن (تصوير 6، E کان G).100-سائيڪل ڪيٽيلسٽ پيش ڪيو مجموعي C2 + الڪوحل FE 30٪ کان وڌيڪ ۽ ساڳئي C2 + الڪوحل موجوده کثافت 20 mA cm−2 کان وڌيڪ.بهرحال، 10-سائيڪل Cu (100) جي گهٽ تناسب سان صرف هڪ C2 + الڪوحل FE ~ 10٪ پيش ڪيو.DFT سموليشن تصديق ڪئي ته Cu(100) ۽ اسٽيپ ٿيل (211) پاسا Cu (111) مٿان C─C جوڙڻ لاءِ وڌيڪ سازگار هئا، جيئن تصوير 6H ۾ ڏيکاريل آهي.هڪ ماڊل ڪيٽالسٽ، مختلف بي نقاب ٿيل پاسن سان epitaxial Cu فلم، C2+ آڪسيجنيٽ جي پيداوار (Fig. 6I) (97) ڏانهن فعال سائيٽ جي نقشن کي طئي ڪرڻ لاءِ استعمال ڪيو ويو آهي.جيئن ته شمارياتي طور تي CO* dimer جو گهٽ پاڙيسرين سان مٿاڇري تي H* ائٽم جي ڀرسان هجڻ جو امڪان گهٽ آهي، ان ڪري گهٽ هموار ٿيل Cu سائيٽون هائيڊرو ڪاربن جي ٺهڻ کي دٻائي سگهن ٿيون ۽ C2+ آڪسيجنيٽ FE کي بهتر بڻائي سگهن ٿيون ڇاڪاڻ ته اهو هائيڊروجنيٽ ڪرڻ وڌيڪ ڏکيو آهي. C─C ان جي مٿاڇري تي ECR وچولي سان ملائي (97).epitaxial Cu فلم جي مطالعي ۾، ليکڪن تصديق ڪئي ته اي سي آر Cu (751) پاسو تي بهتر آڪسيجنٽ / هائيڊرو ڪاربن جو تناسب ڏيکاريو.هي واڌارو مختلف Cu Faits جي مٿاڇري Cu ائٽم جاميٽري ۽ لاڳاپيل هيٺين اوسط هموار ٿيل نمبر (Fig. 6J) سان منسوب ڪري سگهجي ٿو، جتي Cu ائٽم هموار ڪيو ويو، ترتيب سان، Cu (751) تي ٻه، چار، ۽ ڇهه ويجھي پاڙيسري سان. Cu (100)، ۽ Cu (111) پہلو.سيٽو مورفولوجي جي بحالي ۾ پڻ C2 + آڪسيجنٽ FE کي بهتر ڪرڻ لاء استعمال ڪيو ويو آهي.هڪ فعال ڪعب جهڙو Cu catalyst يانگ ۽ همراهن (98) پاران تيار ڪيو ويو، جنهن ڏيکاريو بهتر C─C جوڙڻ جي ڪارڪردگي.تفصيل سان، monodisperse Cu NPs (6.7 nm) مختلف لوڊشيڊنگ سان گڏ ڪاربان پيپر سپورٽ تي اي سي آر لاءِ ڪيٽيليسٽ طور جمع ڪيا ويا.ظاهر آهي، C2 + oxygenates جي FE وڌي وئي Cu NP لوڊشيڊنگ ۾ اضافو سان.اهو ڏيکاريو ويو ته گھڻا ڀريل Cu NPs تيز لوڊشيڊنگ جي حالتن هيٺ اي سي آر دوران سيٽو مورفولوجيڪ ٽرانسفارميشن ۾ گذريا، جن ۾ ڪعب جهڙو مورفولوجيز آخرڪار ٺهي ويا (تصوير 6K).ھي نئون ٺھيل ڍانچو وڌيڪ اليڪٽرڪ ڪيٽلائيٽي طور تي چاھيو ويو.Tafel تجزيو تجويز ڪيو ته CO dimerization C2 پيداوار جي ٺهڻ جي شرح جي تعين ڪرڻ وارو قدم هو، جڏهن ته n-propanol جي هن ڪيٽيليٽيڪ سسٽم ۾ هڪ الڳ رستو ڏيکاريو.Nanodendritic copper هڪ ٻيو مثال آهي جيڪو ڏيکاري ٿو مورفولوجي ڪنٽرول جي اهميت C2 + آڪسيجنيٽ جي پيداوار لاءِ (99).مختصر طور تي، C2+ الڪوحل لاءِ چڱي طرح بيان ڪيل ڪاپر نانوڊينڊريٽ (Fig. 6L) جي ڪل FE اٽڪل 25٪ −1.0 V بمقابله RHE هئي.13% جو هڪ شاندار n-propanol FE −0.9 V تي حاصل ڪري سگهجي ٿو. Cu ائٽم جي اعليٰ سرگرمي کي نظر ۾ رکندي، تانبا تي ٻڌل ڪيٽالسٽ هميشه ECR دوران ساخت جي خرابيءَ جو شڪار ٿين ٿا، خاص طور تي اوور پوٽينشل تي، جنهن جي نتيجي ۾، خراب ٿي وڃي ٿي. استحڪام.تنهن هوندي به، اهڙي هڪ نانوڊينڊريٽڪ ٽامي شراب جي پيداوار لاء سٺي استحڪام جي نمائش ڪئي، 6 ڪلاڪن کان وڌيڪ 24٪ جي شراب جي FE ڏيکاري ٿي.

electrocatalysts جي خرابين، جهڙوڪ ائٽم خالي ۽ ڊاپينٽ، غير روايتي اي سي آر وچولي کي جذب ڪرڻ جو امڪان ڏيکاري ٿو، ۽ اهڙيء طرح، چونڊيل طريقي سان آڪسيجن جي طرف لاڳاپيل رستي کي وڌايو (29, 43, 100).کڻڻ *C2H3O مثال طور، جيڪو ethylene ۽ ethanol جي پيداوار لاء امڪاني وچولي وچولي آهي، سارجنٽ ۽ همٿ ڪارڪنن (43) تفصيل سان ڪور شيل Cu electrocatalyst ۾ خرابين جي ڪردار جو اڀياس ڪيو.انهن نظرياتي طور تي ظاهر ڪيو ته ايٿيلين ۽ ايٿانول جي ٺهڻ لاءِ رد عمل واري توانائي جون رڪاوٽون ابتدائي C─C ملائڻ واري مرحلي ۾ (0.5-V اوور پوٽينشل) (تصوير 7A) ۾ ساڳيون هيون.اهڙي حالت ۾، تانبے جي خال جو تعارف ethylene ٺهڻ لاء توانائي جي رڪاوٽ ۾ ٿورو اضافو ٿيندو، پر ان جي باوجود اهو ظاهر نه ٿيو ته ايٿانول جي پيداوار تي ڪو به اثر نه آهي (Fig. 7B).بهرحال، جيئن تصوير 7C ۾ ڏيکاريل آهي، تانبا ڪيٽالسٽس سان خالي ۽ زير زمين سلفر ڊاپينٽ ايٿيلين رستي لاءِ توانائي جي رڪاوٽ کي خاص طور تي وڌائي سگھن ٿا، ان کي thermodynamically نامناسب بڻائي ٿو.تنهن هوندي، اهڙي تبديلي ايٿانول رستي تي غير معمولي اثر ڏيکاري ٿي.اهو رجحان وڌيڪ تجرباتي طور تي تصديق ڪيو ويو.هڪ بنيادي-شيل جي جوڙجڪ Cu2S-Cu گھڻائي مٿاڇري جي خالن سان گڏ (Cu2S-Cu-V؛ تصوير 7D) ٺهيل هئي.الڪوحل جو تناسب ethylene تي 0.18 کان وڌي ويو 0.18 کان خالي Cu NPs تي 0.34 تائين خالي خالي Cu2S-Cu تي ۽ پوءِ Cu2S-Cu-V تي 1.21 تائين، جيتوڻيڪ C2 + مصنوعات جي ڪل FE سڀني ڪيٽالسٽن لاءِ ساڳي رهي (تصوير 7E) .اهو مشاهدو ظاهر ڪيو ويو آهي ته شراب جي چونڊ جي واڌاري ethylene جي پيداوار جي دٻاء سان لاڳاپيل هئي، DFT نتيجن سان لاڳاپا.ان کان علاوه، نقص انجنيئرنگ هڪ وڌيڪ اهم ڪردار ادا ڪري ٿو دھات کان آزاد ڪاربان ڪيٽيلسٽ لاءِ ڇاڪاڻ ته خالص ڪاربان مواد اي سي آر لاءِ غير فعال آهن.ڊاپنٽس جهڙوڪ نائٽروجن ۽ بورون استعمال ڪيا ويا آهن ڪاربن جي بنياد تي ڪيٽيليسٽ جي برقي ساخت کي تبديل ڪرڻ لاءِ (31, 43, 100).مثال طور، nitrogen-doped nanodiamond (NDD) فلم سلکان سبسٽرٽ تي ٺاهي وئي Quan et al.(29) اي سي آر (Fig. 7F) مان چونڊيل ايڪٽيٽ جي پيداوار لاءِ.اين ڊي ڊي ڪيٽيلسٽ استعمال ڪندي ايسٽيٽ جي شروعات جي صلاحيت −0.36 V بمقابله RHE جيتري گهٽ هئي، ۽ ايسٽيٽ لاءِ FE 75% کان وڌيڪ هئي امڪاني حد ۾ −0.8 کان −1.0 V بمقابله RHE.اهڙي شاندار سڌاري جي اصليت کي سمجهڻ لاءِ، مختلف نائٽروجن مواد يا نائيٽروجن نسلن سان گڏ NDD/Si ​​اليڪٽروڊس تيار ڪيا ويا ۽ تحقيق ڪئي وئي (Fig. 7G).ليکڪن اهو نتيجو ڪيو ته اي سي آر لاءِ NDD/Si ​​catalyst جي اعليٰ ڪارڪردگيءَ کي هائيڊروجن جي ارتقا ۽ N doping لاءِ ان جي اعليٰ صلاحيت سان منسوب ڪري سگهجي ٿو، جتي N-sp3C ذاتون ايڪٽيٽ جي پيداوار لاءِ انتهائي سرگرم هيون.Electrokinetic data and in situ infrared spectrum ظاھر ڪيو ويو آھي ته ايسٽيٽ ٺاھڻ جو مکيه رستو ٿي سگھي ٿو CO2 → *CO2− → *(COO)2 → CH3COO−.نائيٽروجن کان علاوه، بورون هڪ ٻيو چڱيءَ طرح دريافت ڪيل هيٽروٽوم آهي جيڪو نانوڊيمنڊ جي برقي ساخت کي منظم ڪرڻ لاءِ.بهرحال، بورون-ڊوپيڊ نانوڊيمنڊ (BDD) ترجيحي طور تي CO2 کي formaldehyde يا فارميٽ (101) تائين گھٽائي ڇڏيو.ان کان علاوه، Quan ۽ همٿ ڪارڪنن (102) ظاهر ڪيو ته بورون ۽ نائٽروجن ڪو-ڊپڊ نانوڊيمنڊ (BND) ECR تي هم وقت سازي وارو اثر ڏيکاريو، جيڪو BDD جي حد کي ختم ڪري سگهي ٿو ۽ پوء چونڊيو ايٿانول پيدا ڪري ٿو.BND1، BND2، ۽ BND3 مختلف نائٽروجن مواد سان گڏ ڪيٽالسٽ ۽ ساڳي بورون ڊاپنگ سطح تيار ڪيا ويا.جيئن تصوير 7H ۾ ڏيکاريل آهي، 93٪ تائين ايٿانول جي سڀ کان وڌيڪ چونڊ BND3 ڪيٽالسٽ تي −1.0 V بمقابله RHE تي حاصل ڪري سگهجي ٿي، جنهن ۾ سڀ کان وڌيڪ نائٽروجن ڊاپنگ آهي.نظرياتي حساب سان واضع ڪيو ويو آهي ته BND تي C─C جوڙڻ وارو عمل thermodynamically سازگار هو، جتي بورون ايٽم CO2 جي قبضي کي وڌايو ۽ نائٽروجن ڊوپنٽ ايٿانول ڏانهن وچولي جي هائڊروجنيشن کي آسان بڻائي ڇڏيو.جيتوڻيڪ heteroatom-doped nanodiamond CO2 کي ملٽي ڪاربن آڪسيجنيٽ ۾ تبديل ڪرڻ جي قابل هو اعليٰ انتخاب سان، ان جي ECR سرگرمي تمام محدود آهي ڇاڪاڻ ته سست چارج جي منتقلي واري عمل جي ڪري (موجوده کثافت 2 mA cm−2 کان گهٽ آهي).گرافين تي ٻڌل مواد شايد هيرن جي بنياد تي ڪيٽالسٽن جي گهٽتائي کي دور ڪرڻ لاءِ هڪ امڪاني حل ٿي سگهي ٿو.نظرياتي طور تي، graphene جي پرت ۾ کنڊ pyridinic N سائيٽن کي C─C جوڙڻ لاءِ فعال ماڳن طور ورتو ويو آھي (103).اهو ان حقيقت جو سبب آهي ته ڪنارن واري هنڌن تي پيريڊينڪ N جي موجودگي CO2 کي CO ۾ تبديل ڪري سگهي ٿي، جنهن کي اڳتي هلي C2+ ماليڪيول (Fig. 7I) ۾ ملائي سگهجي ٿو.مثال طور، *C2O2 وچولي کي نائٽروجن-ڊاپڊ ڪاربن ۾ مستحڪم ٿي سگهي ٿو جنهن ۾ ٻه سي ايٽم pyridinic N ۽ ان جي ڀرسان C ائٽم سان ڳنڍيل آهن، ترتيب سان (103).نظرياتي اڳڪٿي وري تصديق ڪئي وئي نائٽروجن-ڊپڊ گرافيني ڪوانٽم ڊٽ (NGQD) ڪيٽالسٽس (31).نائٽروجن-ڊاپڊ گرافين شيٽ جي pulverization کان پوء (1 کان 3 μm) (Fig. 7J)، 1- کان 3-nm NGQDs حاصل ڪيا ويا جن ۾ pyridinic N جي کثافت ڪنڊن جي سائيٽن تي ٽن حڪمن جي شدت سان وڌايو ويو.−0.78 V بمقابله RHE، C2+ آڪسيجنيٽ لاءِ وڌ ۾ وڌ FE 26% تائين پهچي سگھي ٿو.ان کان علاوه، جيئن تصوير 7K ۾ ڏيکاريل آهي، C2+ آڪسيجنيٽ لاءِ جزوي موجوده کثافت 40 mA cm−2 جي ويجهو آهي −0.86 V بمقابله RHE، جيڪا تبديل ٿيل نانوڊيمنڊ کان تمام گهڻي آهي.مقابلي ۾، N-free graphene quantum dots ۽ N-doped graphene oxide، جيڪي ڏيکارين ٿا تمام گھٽ ايج سائٽ pyridinic N، بنيادي طور تي حاصل ڪيل H2، CO، ۽ فارميٽ.

(A کان سي) گبس مفت توانائي *C2H3O کان ايٿيلين ۽ ايٿانول تائين ڪاپر لاءِ، ٽامي سان خالي جاءِ، ۽ ٽامي جي خالي جاءِ ۽ زير زمين سلفر سان ٽامي.(D) Cu2S-Cu-V ڪيٽالسٽ جو اسڪيميٽڪ مثال.(E) C2+ الڪوحل ۽ ethylene جو FE، گڏو گڏ الڪوحل جو FE تناسب الڪينز تائين.(الف) کان (اي) نيچر پبلشنگ گروپ (43) جي اجازت سان ٻيهر پيش ڪيا ويا آهن.(F) NDD جي SEM تصوير.(G) مختلف نائيٽروجن مواد سان اين ڊي ڊي تي ايڪٽيٽ ۽ فارميٽ جي پيداوار جي شرح.٪ تي، ايٽمي٪.(F) ۽ (G) آمريڪي ڪيميائي سوسائٽي (29) جي اجازت سان ٻيهر تيار ڪيا ويا آهن.(H) NDD، BDD، ۽ BNDs لاءِ FEs −1.0 V تي. جان ولي اينڊ سنز (102) جي اجازت سان ٻيهر تيار ڪيو ويو.(I) NGQDs ۾ C─C جوڙڻ لاءِ فعال سائيٽن جو اسڪيمياتي مثال.(I) آمريڪي ڪيميائي سوسائٽي (103) جي اجازت سان ٻيهر تيار ڪيو ويو آهي.(J) NGQDs جي TEM تصوير.اسڪيل بار، 1 nm.(K) NGQDs استعمال ڪندي مختلف شين لاءِ جزوي موجوده کثافت.(J) ۽ (K) فطرت پبلشنگ گروپ (31) جي اجازت سان ٻيهر پيش ڪيا ويا آهن.

اليڪٽروڪاتليسٽن کان ٻاهر، اليڪٽرروڊ ۽ ڪيٽيليٽڪ ري ايڪٽر آرڪيٽيڪچر ڊزائين اي سي آر ڪارڪردگي کي وڌائڻ لاءِ هڪ ٻيو مؤثر رستو پيش ڪري ٿو، خاص طور تي پيداوار جي شرح ۽ توانائي جي ڪارڪردگي لاءِ.انتهائي موثر C2+ پيداوار حاصل ڪرڻ لاءِ ناول اليڪٽرروڊڪشن سسٽم جي ڊيزائن ۽ ٺاھڻ تي اهم سڌارا ڪيا ويا آھن.هن حصي ۾، اسان تفصيل سان ECR اليڪٽرروڊ / ريڪٽر ڊيزائن تي بحث ڪنداسين.

ايڇ-قسم جي سيلز وڏي پيماني تي ليبارٽري ٽيسٽ ۾ استعمال ڪيا ويا آهن، انهن جي آسان اسيمبلي، آسان آپريشن، ۽ گهٽ قيمت تي غور ڪندي.سيلز آزاد ڪيٿوڊ ۽ انوڊ چيمبرن سان ليس هوندا آهن جيڪي هڪ آئن ايڪسچينج جھلي سان ڳنڍيل آهن (104، 105).هن H-قسم جي سيل جو بنيادي نقصان آبي اليڪٽرولائٽ ۾ CO2 جي گھٽتائي آهي، جيڪا صرف 0.034 M محيطي حالتن ۾ آهي، جنهن جي ڪري محدود CO2 جي موجوده کثافت جي گھٽتائي j < 100 mA cm−2 (64) آهي.ان کان علاوه، ٻيون اندروني خرابيون، جن ۾ هڪ محدود اليڪٽرروڊ مٿاڇري واري ايراضي ۽ هڪ وڏو انٽرليٽروڊ فاصلو شامل آهن، وڌندڙ تحقيقي گهرجن کي پورو ڪرڻ ۾ ناڪام ٿي ويا آهن (105, 106).C2+ پراڊڪٽ جي نسل لاءِ، H-قسم جي سيلز عام طور تي گهٽ سليڪٽيٽي ڏيکاريندا آهن اعليٰ صلاحيت جي تحت، مثال طور، 32% ethylene لاءِ −0.98 V بمقابله RHE (107)، 13.1% n-propanol لاءِ −0.9 V تي RHE (99)، ۽ 20.4٪ ايٿانول لاءِ −0.46 V بمقابله RHE (108)، سخت مقابلي واري هائڊروجن ارتقا جي ڪري.

مٿين مسئلن کي حل ڪرڻ لاء، فلو ريڪٽر تجويز ڪيو ويو (15، 109).وهڪري جي سيلن ۾، گيس CO2 وهڪرو سڌو سنئون ڪيٿوڊ تي فيڊ اسٽاڪ طور استعمال ڪري سگهجي ٿو، اهڙيء طرح وڏي پئماني تي ڦهلائڻ ۽ پيداوار جي شرح (104, 110) کي بهتر بڻائي سگهجي ٿو.شڪل 8A فلو سيل جي عام فن تعمير کي ڏيکاري ٿو، جتي پوليمر اليڪٽرولائيٽ جھلي (PEM) اليڪٽرروڊ جدا ڪندڙ جي طور تي ڪم ڪيو جيڪو ٻن وهڪري چينلن جي وچ ۾ سينڊوچ ٿيل آهي.ڪيٽيلسٽ کي گيس ڊفيوشن اليڪٽرروڊ (GDE) تي متحرڪ ڪيو ويندو آهي ته جيئن ڪيٿوڊ اليڪٽرروڊ جي طور تي ڪم ڪري، جنهن ۾ گيس CO2 سڌو سنئون ڀريو وڃي.ڪيٿوليٽ، جهڙوڪ 0.5 M KHCO3، مسلسل ٿلهي پرت جي اندر ڪيٽيلسٽ اليڪٽرروڊ ۽ PEM جي وچ ۾ وهندو رهي ٿو.ان کان سواء، انوڊ پاسي عام طور تي آڪسيجن ارتقاء جي رد عمل لاء هڪ آبي اليڪٽرروليٽ سان گردش ڪئي وئي آهي (43، 110).ايڇ-قسم جي سيلز جي مقابلي ۾، اهي جھلي جي بنياد تي وهڪري سيلز تمام اعلي ECR ڪارڪردگي ڏيکاريندا آهن.مثال طور، سارجنٽ ۽ همٿ ڪارڪنن (43) ٻنهي H-قسم جي سيل ۽ فلو سيل ۾ Cu2S-Cu-V ڪيٽيليسٽ جي ECR ڪارڪردگي جو جائزو ورتو، جيئن تصوير 8 (B کان E) ۾ ڏيکاريل آهي.H-قسم جي سيلز کي استعمال ڪندي، C2+ پروڊڪٽس لاءِ وڌ ۾ وڌ FE 41% هئي ڪل موجوده کثافت ~30 mA cm−2 هيٺ -0.95 V بمقابله RHE.بهرحال، C2+ پراڊڪٽس لاءِ FE وڌي 53% تائين ڪل موجوده کثافت آسانيءَ سان 400 mA cm−2 کان هيٺ −0.92 V بمقابله RHE هڪ وهڪري سسٽم ۾.فلو ري ايڪٽر استعمال ڪندي اهڙي اهم ڪارڪردگي بهتري کي وڌايو ويو CO2 جي ڦهلاءَ ۽ دٻايل پاسي واري رد عمل کي منسوب ڪري سگهجي ٿو، خاص طور تي مقامي گيس-اليڪٽرولائيٽ-ڪيٽيليسٽ ٽرپل-انٽرفيس آرڪيٽيڪچر مان پيدا ٿيندڙ.

(الف) اليڪٽرروڊ-اليڪٽرولائيٽ انٽرفيس جي زوم ان اسڪيميٽ سان وهڪري اليڪٽرولائيزر جو هڪ خاڪو.(الف) جان ولي اينڊ سنز (30) جي اجازت سان ٻيهر تيار ڪيو ويو آهي.(B کان E) ايڇ-قسم سيل ۽ فلو سيل استعمال ڪندي ECR ڪارڪردگي جو مقابلو.(ب) کان (اي) نيچر پبلشنگ گروپ (43) جي اجازت سان ٻيهر پيش ڪيا ويا آهن.(F کان H) مختلف اليڪٽرولائٽس فلو سيلز ۾ اي سي آر ڪارڪردگي جي مقابلي ۾ لاڳو ٿيل آهن.(F) کان (H) جان ولي اينڊ سنز (30) جي اجازت سان ٻيهر پيش ڪيا ويا آهن.(I کان K) پوليمر تي ٻڌل گيس ڊفيوشن اليڪٽرروڊ جي ساخت ۽ استحڪام جي ڪارڪردگي.(I) کان (K) AAAS (33) جي اجازت سان ٻيهر پيش ڪيا ويا آهن.

صفر گيپ سيل اليڪٽرولائزرز جو هڪ ٻيو اڀرندڙ طبقو آهي، جيڪو اڳتي هلي وهڪري جي سيلن ۾ وهڪري جي شاخن کي هٽائي ٿو ۽ ٻن اليڪٽروڊس کي دٻائي ٿو ۽ وچ ۾ آئن ايڪسچينج ميمبرين سان گڏ.هي تشڪيل شايد وڏي پئماني تي منتقلي ۽ اليڪٽران جي منتقلي جي مزاحمت کي گهٽائي سگهي ٿي ۽ اهڙي طرح توانائي جي ڪارڪردگي کي بهتر بڻائي، ان کي عملي ايپليڪيشنن ۾ وڌيڪ ممڪن بڻائي ٿي (110).ڪيٿوڊ کي کارائڻ وارا ريڪٽينٽ يا ته ٿي سگهن ٿا CO2-سير ٿيل ڪيٿوليٽ يا humidified CO2 وهڪرو.پاڻي جي بخار يا آبي اليڪٽرولائٽ لازمي طور تي پروون ڇڏڻ لاءِ انوڊ کي کارايو ويندو آهي ته جيئن CO2 جي گھٽتائي واري نسلن جي چارج کي معاوضو ڏئي سگهجي (111).Gutiérrez-Guerra et al.(109) Cu-AC هائبرڊ ڪيٽالسٽ جي ڪارڪردگي جو جائزو ورتو صفر گپ سيل ۾ ۽ ٻڌايو ته acetaldehyde بنيادي پيداوار آهي 60٪ جي اعلي چونڊ سان.هن ڊوائيس جي هڪ ٻي فائدي جي طور تي، اهو تمام آسان آهي ته ريڪٽينٽ وهڪري کي دٻاء ڏيڻ ۽ مقامي CO2 ڪنسنٽريشن کي خاص طور تي وڌايو، ان جي نتيجي ۾ وڏي موجوده کثافت ۽ اعلي رد عمل جي شرح (110).جڏهن ته، تيز آئن جي بدلي جي شرح صفر گپ سيلز ۾ ڪيٿوليٽ کي تيزابيت ڏي ٿي، رد عمل کي CO2 جي گھٽتائي جي بدران H2 ارتقاء ڏانهن منتقل ڪري ٿو (112).هن مسئلي کي حل ڪرڻ لاء، زو ۽ هم ڪارڪنن (112، 113) ڪيٿوڊ ۽ جھلي جي وچ ۾ گردش ڪندڙ آبي اليڪٽرولائٽ سان گڏ هڪ بفر پرت داخل ڪيو ته جيئن CO2 جي گھٽتائي جي رد عمل لاء ڪيٿوڊ جي ويجهو مناسب پي ايڇ کي برقرار رکڻ لاء.جيتوڻيڪ مختلف C2+ پراڊڪٽس کي صفر گپ سيلز جي بنياد تي معلوم ڪيو ويو، جن ۾ ايسٽون، ايٿانول، ۽ اين-پروپنول شامل آهن، ايف اي اڃا تائين نسبتا گهٽ آهن.اڪثر رپورٽ ڪيل اڀياس هميشه C1 پراڊڪٽس تي ڌيان ڏين ٿا جيڪي گھٽتائي جي رد عمل دوران پروٽين ۽ اليڪٽران جي منتقلي جي گھٽ تعداد ۾ شامل آهن.تنهن ڪري، C2+ پروڊڪٽس لاءِ صفر گپ سيل جي فزيبلٽي اڃا تائين بحث هيٺ آهي (110).

ان کان علاوه، microfluidic electrolytic Cells (MECs) هڪ قسم جي انتهائي پرڪشش اليڪٽرولائزر ترتيب آهن جيڪي ڪينس ۽ همٿ ڪارڪنن پاران ٺاهيل آهن (39، 114).هن ڊوائيس ۾، جھلي کي ٿلهي جاء (<1 ملي ميٽر ٿلهي) سان تبديل ڪيو ويندو آهي جيڪو وهندڙ اليڪٽرولائٽ اسٽريم سان ڀريو ويندو آهي انوڊ ۽ ڪيٿوڊ کي الڳ ڪرڻ لاءِ.CO2 ماليڪيولز ڪيٿوڊ جي ويجھو اليڪٽرروڊ-اليڪٽرولائيٽ انٽرفيس ۾ تيزيءَ سان پکڙجي سگھن ٿا، ۽ ٻه مقرر ٿيل GDEs وھندڙ اليڪٽرولائيٽ ذريعي ڦٽي ويندا آھن.جھلي جي بنياد تي وهڪري جي سيلز جي مقابلي ۾، MECs نه رڳو اعلي جھلي جي قيمت کان پاسو ڪن ٿا پر پاڻي جي انتظام کي به گھٽائي ٿو، جيڪو خاص طور تي anode dry-out ۽ ڪيٿوڊ سيلاب جو حوالو ڏئي ٿو جڏهن تيز موجوده کثافت تي هلندي آهي. پروون ٽرانسپورٽ انوڊ کان ڪيٿوڊ تائين جھلي پار (115).جيتري قدر اسان ڄاڻون ٿا، قابل ذڪر فضيلت ۽ ڪاميابين جي باوجود، گهٽ ۾ گهٽ اڀياس حاصل ڪيا آهن C2+ مصنوعات اصل MECs ۾.اهو شايد ”فلوٽنگ“ اثر جي ڪري آهي ته انوڊ ۾ ٺهيل پروٽان آساني سان ڪيٿوڊ جي ڀرپاسي مان نڪرندا آهن يا وهندڙ اليڪٽرولائيٽ ذريعي ڌوئي ويندا آهن، بجاءِ گھڻن پروٽون جي گهربل C2+ ٺهڻ واري رد عمل ۾ حصو وٺڻ جي.قياس جي تصديق هيٺين مثال سان ٿي سگهي ٿي.2016 ۾، ڪينس ۽ همراهڪار (31) هڪ تبديل ٿيل ۽ جھلي تي مشتمل MEC تي CO2 کان C2+ مصنوعات جي ڪامياب گهٽتائي جي رپورٽ ڪئي، جنهن ۾ NGQDs 55٪ FE سان CO2 ماليڪيولز کي C2+ تائين گھٽائي سگھن ٿا (31٪ ethylene لاءِ، 14٪ ايٿانول لاءِ، 6٪ ايڪٽيٽ لاءِ، ۽ 4٪ اين-پروپنول لاءِ) 1 M KOH حل ۾ RHE بمقابله −0.75 V جي لاڳو صلاحيت تي.اهو ضروري آهي ته اشارو ڪيو وڃي ته هڪ اليڪٽرولائٽ ماحول خاص طور تي پيداوار جي چونڊ کي متاثر ڪري سگهي ٿو.مثال طور، جيو ۽ همراهن (30) هڪ نانوپورس Cu ڪيٽيليسٽ کي ٺهرايو ۽ پوءِ ان جي اي سي آر ڪارڪردگي کي مختلف اليڪٽرولائٽس (KHCO3، KOH، K2SO4، ۽ KCl) استعمال ڪندي هڪ جھلي تي ٻڌل MEC ۾ آزمايو.هنن انڪشاف ڪيو ته الڪلين اليڪٽرولائٽ (KOH) ۾ CO2 جي گهٽتائي سڀ کان وڌيڪ C2+ چونڊ ۽ موجوده کثافت ڏيکاري ٿي، جيئن تصوير 8 (F ۽ G) ۾ ڏيکاريل آهي.−0.67 V بمقابله RHE ۾ 1 M KOH اليڪٽرولائيٽ ۾، حاصل ڪيل FE C2+ لاءِ 62% تائين پهچندي آهي جزوي موجوده کثافت 653 mA cm−2 سان، جيڪا سڀ کان وڌيڪ موجوده کثافت مان آهي جيڪا ڪڏهن اليڪٽرو ڪيميڪل CO2 جي گهٽتائي ۾ رپورٽ ڪئي وئي آهي. C2+ مصنوعات ڏانهن.Ethylene (38.6%)، ethanol (16.6%)، ۽ n-propanol (4.5%) مکيه C2+ پراڊڪٽس آهن جن ۾ ايڪٽيٽ جي ٿوري مقدار آهي.انهن اهو به اشارو ڪيو ته C2+ پروڊڪٽس لاءِ ڳڻپيوڪر مٿاڇري جي pH ۽ FE جي وچ ۾ مضبوط لاڳاپو آهي: مٿاڇري جي pH جيترو وڌيڪ، اوترو موجوده کثافت ۽ C2+ پيداوار جي پيداوار، جيئن تصوير 8H ۾ ڏيکاريل آهي.نظرياتي حساب سان تجويز ڪيو ويو ته ويجھي مٿاڇري تي OH− آئنون مضبوط طور تي C─C جي ملائڻ کي آسان بڻائي سگھن ٿيون (31).

اليڪٽرولائيزر جي ٺاھ جوڙ کان علاوه، مختلف اليڪٽرولائزرز ۾ لاڳو ٿيل اليڪٽرولائٽ پڻ حتمي اي سي آر پروڊڪٽس کي تبديل ڪري سگھن ٿا.جيئن اسان مٿي ذڪر ڪيو آهي، انتهائي الڪائن KOH حل هميشه فلو سيلز ۾ استعمال ڪيا ويندا آهن بهترين ڪارڪردگي سان H-قسم جي سيلن ۾.اها حقيقت اها آهي ته KOH اليڪٽرولائٽ اعلي اليڪٽرولائيٽ چالکائي مهيا ڪري سگهي ٿي، ڪيٽالسٽ ۽ بلڪ اليڪٽرولائيٽ تي پتلي اليڪٽرولائيٽ ڪوٽنگ جي وچ ۾ اوهمڪ مزاحمت کي گهٽائي، ۽ C2+ ٺهڻ لاءِ گهربل اوور پوٽينشيلز کي وڌيڪ گھٽائي سگھي ٿي (31).DFT جا نتيجا وڌيڪ تصديق ڪن ٿا ته OH− ions جي موجودگي CO dimerization لاءِ توانائي جي رڪاوٽ کي گھٽائي سگھي ٿي، اھڙيءَ طرح C2+ ٺاھڻ کي وڌائڻ ۽ مقابلي کي C1 ۽ H2 ٺاھڻ کان دٻائي سگھي ٿو (30, 33).بهرحال، الڪائن ڪوه ايڇ-قسم جي سيلز ۾ اليڪٽرولائٽ طور استعمال نه ٿي سگهيو.اهو ئي سبب آهي ته CO2 اسٽريم تيزيءَ سان KOH حلن سان رد عمل ظاهر ڪندو ۽ آخر ۾ H-قسم جي سيلز (30) ۾ غير جانبدار pH سان هڪ بائڪاربونٽ حل ٺاهيندو.وهڪري جي سيلن ۾، جڏهن ته، هڪ ڀيرو CO2 GDE ذريعي ڦهلجي ٿو، CO2 ماليڪيول ٽرپل بائونڊري فيز (CO2-catalyst-electrolyte) تي فوري طور تي گھٽ مصنوعات ٺاهڻ لاءِ استعمال ڪيا ويندا.ان کان علاوه، اليڪٽرولائيٽ جي خراب بفرنگ جي صلاحيت تيزيء سان اليڪٽرروڊ جي چوڌاري پي ايڇ کي تيزيء سان وڌائڻ جي قابل آهي اسٽيشنري اليڪٽرولائزر ترتيبن ۾، جڏهن ته وهندڙ اليڪٽرولائٽ سطح کي تازو ڪندو ۽ اليڪٽرولائٽ ۾ پي ايڇ جي وهڪري کي گھٽائي ڇڏيندو (33، 116).

جيئن مٿي بيان ڪيو ويو آهي ته اي سي آر هڪ ڦهلائي ڪنٽرول رد عمل آهي، اعلي ردعمل جو دٻاء پڻ خاص طور تي بلڪ ۽ انٽرفيس CO2 ڪنسنٽريشن کي وڌائي سگھي ٿو.عام هاء پريشر ري ايڪٽرز اسٽينلیس اسٽيل آٽوڪليو سان ملندڙ جلندڙ آهن، جن ۾ هاء پريشر CO2 (60 atm تائين) سيل ۾ داخل ٿي سگهي ٿو، جنهن جي نتيجي ۾ FE ۽ C2+ (117) جي موجوده کثافت ٻنهي ۾ قابل ذڪر اضافو ٿيو. ، 118).ساڪاتا ۽ همراهن (119) ڏيکاريا ته موجوده کثافت کي بهتر ڪري سگهجي ٿو 163 mA cm−2 هيٺ 30 atm تي Cu اليڪٽرروڊ تي ايٿيلين وڏي پيداوار جي طور تي.ڪيتريون ئي ڌاتو ڪيٽالسٽ (مثال طور، Fe، Co، ۽ Ni)، جن ۾ محيطي دٻاءَ تي C2+ جي پيداوار لاءِ ڪا به سرگرمي ناهي، اوچائي دٻاءَ تي ايٿيلين، ايٿين، پروپين ۽ ٻين اعليٰ آرڊر C2+ پروڊڪٽس تائين CO2 کي گھٽائي سگھي ٿي.اهو ظاهر ڪيو ويو آهي ته مصنوعات جي چونڊ کي واضح طور تي CO2 دٻاء تي منحصر آهي اليڪٽرروڊ سطح تي CO2 جي دستيابي کي تبديل ڪرڻ جي طريقي سان (117, 120).مکيه گھٽيل پراڊڪٽس کي H2 کان هائڊرو ڪاربن (C2+ شامل ڪيو ويو) ۾ تبديل ڪيو ويو آھي ۽ آخر ۾ CO/HCOOH ڏانھن وڌايل CO2 پريشر سان.خاص طور تي، CO2 پريشر کي احتياط سان مانيٽر ڪيو وڃي ڇاڪاڻ ته تمام گهڻو يا گهٽ CO2 دٻاءُ ضرورت کان وڌيڪ يا محدود CO2 جي ڦهلاءَ جي شرح کي وڌائيندو، جيڪو CO/HCOOH يا H2 جي پيداوار جي حق ۾ هوندو آهي.صرف وچولي CO ۽ موجوده کثافت جي هڪ مطابقت واري مقدار جيڪا اليڪٽرروڊ جي مٿاڇري تي ٺاهي ٿي C─C ملائڻ واري رد عمل کي آسان بڻائي سگهي ٿي ۽ C2+ پيداوار جي چونڊ کي وڌائي سگھي ٿي (119).

جديد ڍانچي سان هڪ ناول اليڪٽرروڊ کي ڊزائين ڪرڻ هڪ ٻيو اهم رخ آهي چونڊيل C2+ پيداوار کي وڌائڻ لاءِ.شروعاتي اسٽيج ۾، ڪم ڪندڙ اليڪٽرروڊ غير پورس دھاتي ورق آهن ۽ سست ڪاميٽي جي منتقلي کان متاثر آهن (26، 105).نتيجي طور، GDE تجويز ڪيو ويو ته غريب سيل جي ڪارڪردگي کي گهٽائڻ لاء هائيڊروفوبڪ چينلز مهيا ڪندي جيڪي CO2 جي ڦهلائڻ کي آسان بڻائي ٿو ڪيٽيلسٽ ذرات (121).روايتي GDE ۾ عام طور تي هڪ ڪيٽيلسٽ پرت (CL) ۽ گيس ڊفيوشن پرت (GDL) شامل آهي، جيئن تصوير 8A (30، 33) جي هيٺين حصي ۾ ڏيکاريل آهي.GDE ۾ ٺهيل گيس-مائع-ڪيٽيليسٽ انٽرفيس سيل جي ڪارڪردگي کي بهتر ڪرڻ لاءِ اهم آهي.GDL ٻرندڙ مواد (عام طور تي ڪاربان پيپر) سان گڏ ٿيل ڪافي CO2 رستا مهيا ڪري سگھن ٿا ۽ تيزيءَ سان اليڪٽرولائيٽ جي پکيڙ جي شرح کي يقيني بڻائي سگھي ٿو.اهو پڻ ڪم ڪري ٿو گهٽ-مزاحمتي ٽرانسپورٽ وچولي لاءِ پروٽان، اليڪٽران، ۽ سي ايل مان اليڪٽرولائيٽ (121) ۾ گهٽتائي جي مصنوعات.ڊراپ ڪاسٽنگ، ايئر برشنگ، ۽ اليڪٽرروڊپوزيشن GDEs جي تياري لاءِ عام ٽيڪنالاجيون آهن (122).GDEs سان گڏ گڏ ڪيل ڪيٽالسٽس کي سي 2 + پروڊڪٽس ڏانهن CO2 اليڪٽرروڊيڪشن ۾ شدت سان تحقيق ڪئي وئي آهي.خاص طور تي، مٿي ڏنل وهڪري جي سيلز سازگار ڪارڪردگي سان گڏ GDEs سان گڏ آهن.1990 جي شروعات ۾، سميلز ۽ ڪم ڪندڙ (123) ٻڌايو ته Cu-coated GDEs 667 mA cm−2 جي اعلي کثافت سان ايٿيلين لاءِ 53٪ جي اعليٰ ايف اي حاصل ڪئي.ايٿيلين ۽ ايٿانول جي چونڊ کي وڌائڻ هڪ وڏو چيلنج آهي جيڪو هميشه Cu-based catalysts تي پيدا ڪيو ويندو آهي ڇاڪاڻ ته انهن جي بلڪل ساڳي ميڪانياتي رد عمل جي رستن جي ڪري.ان کان علاوه، اهو اشارو ڪرڻ ضروري آهي ته ايٿانول جي مقابلي ۾ ايٿيلين جي بلند پيداوار ۽ چونڊيليت Cu-based GDE (25, 36) تي ڏٺو ويو آهي.گيورٿ ۽ همراهن (36) ايٿيلين لاءِ هڪ بهترين FE 60٪ ڏيکاريو ۽ اليڪٽرروڊپوزٽ ٿيل Cu-Ag GDE تي 25٪ جي ايٿانول لاءِ هڪ دٻايل FE ڏيکاريو، جڏهن ڪل موجوده کثافت ~ 300 mA cm−2 تي −0.7 V تي پهچي وئي. آر ايڇ.اهو هڪ نادر ڪم آهي جيڪو هڪ وڏي موجوده کثافت تي اهڙي اعلي چونڊيليت حاصل ڪئي.اهو نتيجو اهو ظاهر ڪري ٿو ته هڪ GDE-شامل ٿيل اليڪٽرروڊ رد عمل جي رستن کي ترتيب ڏيڻ لاء هڪ واعدو ڪندڙ رستو فراهم ڪري ٿو، جنهن ۾ گھٽ مصنوعات جي چونڊ کي اعلي موجوده کثافت تي حاصل ڪري سگهجي ٿو.

GDEs جي استحڪام پڻ هڪ اهم مسئلو آهي جنهن کي خطاب ڪيو وڃي ڇاڪاڻ ته مستحڪم ڊگهي مدت وارو آپريشن ضروري آهي ته فلو سيلز لاءِ عملي ايپليڪيشن کي محسوس ڪرڻ لاءِ.GDEs سان حاصل ڪيل شاندار CO2-to-C2 + ڪارڪردگي جي باوجود، ڪيٽيليسٽ، GDL، ۽ بائنر پرت (77, 124) جي ڪمزور ميڪانياتي آسن جي ڪري استحڪام اڃا تائين خراب آهي.GDL جي ڪاربان مٿاڇري اليڪٽررو ڪيميڪل رد عمل دوران هائيڊروفوبڪ کان هائيڊروفيلڪ ۾ تبديل ٿي سگهي ٿي آڪسائيڊريشن جي رد عمل جي ڪري جيڪا اوچائي اوور پوٽينشئلز تي ٿئي ٿي، جيڪا GDL ۾ ٻوڏ جي ڪري ٿي ۽ CO2 جي پکيڙ جي رستن کي روڪي ٿي (33).هن مسئلي کي حل ڪرڻ لاء، محقق پوليٽيٽرافلووروٿيلين (PTFE) جي هائيڊروفوبڪ اسڪافڊ کي GDEs ۾ ضم ڪيو.هائيڊروفيلڪ نفيون جي مقابلي ۾، هڪ هائيڊروفوبڪ پي ٽي ايف اي پرت هڪ اعلي ڊگهي مدت جي استحڪام (33) ڏئي ٿو.سارجنٽ ۽ ڪم ڪندڙ (33) جدا ٿيل PTFE ۽ ڪاربن NPs جي وچ ۾ هڪ Cu Catalyst گڏ ڪيو، جنهن ۾ هائيڊروفوبڪ PTFE پرت NPs ۽ گرافائٽ جي تہن کي متحرڪ ڪري سگهي ٿي، اهڙيءَ طرح هڪ مستحڪم اليڪٽرروڊ انٽرفيس ٺاهيندي (تصوير 8، I ۽ J).نتيجي طور، ايٿيلين جي پيداوار لاءِ FE 70٪ تائين وڌايو ويو 7 M KOH حل ۾ 75 کان 100 mA cm−2 جي موجوده کثافت تي.هن فلو ري ايڪٽر جي زندگي جي مدي کي 150 ڪلاڪن کان وڌيڪ وڌايو ويو، ايٿيلين جي چونڊ ۾ غير معمولي نقصان سان، جيڪو روايتي GDEs کان 300-گنا ڊگهو آهي، جيئن تصوير 8K ۾ ڏيکاريل آهي.اهڙي سينڊوچ جي جوڙجڪ جو مظاهرو ڪيو ويو آهي هڪ بهترين GDE ڊيزائن.مثال طور، Cui ۽ همٿ ڪارڪنن (124) هڪ ٽريلر ڍانچي ٺهيل هڪ فعال اليڪٽرروڊ پرت سان گڏ ٻه هائيڊروفوبڪ نانوپورس پوليٿيلين فلمن طرفان ڪلپ ڪيو ويو آهي.ٻاهرين هائيڊروفوبڪ پرت بلڪ حل مان اليڪٽرولائٽ فلڪس کي سست ڪري سگهي ٿي، ڪم ڪندڙ اليڪٽرروڊ جي چوڌاري مستحڪم، اعلي مقامي پي ايڇ جي ڪري ٿي.انٽرليئر اسپيس جي اصلاح، جيڪا CO2 ٽرانسپورٽ ۽ جذب کي بهتر ڪري سگهي ٿي، اهڙي ڊزائن ۾ پڻ اهم آهي (124).تازو، ڪاربن نانوٽوبس پڻ GDEs ۾ ضم ٿي ويا آهن ڇاڪاڻ ته انهن جي اعلي پورسيٽي، سٺي چالکائي، ۽ هائيڊروفوبيسيٽي، جيڪا اليڪٽران ۽ ماس ٽرانسپورٽ کي آسان بڻائي سگهي ٿي (77).

اي سي آر تي دلچسپ پيش رفت جي باوجود، گهٽ قيمت، وڏي پيماني تي C2+ پيداوار جي پيداوار لاء حڪمت عمليون تمام گهٽ موجود آهن (125).هن مرحلي تي، اي سي آر جي رد عمل جي ميڪانيزم کي سمجهڻ ۽ هن ترقي يافته ٽيڪنالاجي کي تجارتي ڪرڻ لاء چئلينج ۽ موقعا گڏ آهن.

ڪاربن لوپ کي بند ڪرڻ ۽ وقفي وقفي سان قابل تجديد توانائي کي ذخيرو ڪرڻ لاءِ هڪ خوبصورت حل جي طور تي، جهڙوڪ ونڊ ۽ شمسي، گذريل ڏهاڪن ۾ موثر CO2 جي تبادلي کي حاصل ڪرڻ لاءِ ڪافي ترقي ڪئي وئي آهي.جڏهن ته ECR سان لاڳاپيل عملن جي سمجھه ان جي شروعاتي ڏينهن کان وٺي هڪ ڊگهو رستو اچي چڪو آهي (126)، C2+ پروڊڪٽس ڏانهن ECR ذريعي C─C جوڙڻ اڃا تائين عملي درخواست لاءِ تيار کان پري آهي.هن جائزي ۾، اسان موجوده حڪمت عملين تي هڪ تفصيلي نظر ثاني ڪئي آهي جيڪي ECR ذريعي C2+ پروڊڪٽس لاءِ چونڊ ۽ پيداوار جي شرح کي فروغ ڏئي سگهن ٿيون، جن ۾ فائن ڪيٽيلسٽ ٽيوننگ، اليڪٽرولائيٽ اثرات، اليڪٽرڪ ڪيميڪل حالتون، ۽ اليڪٽررو ڪيميڪل اليڪٽرروڊ/ريڪٽر ڊيزائن شامل آهن.

اي سي آر ۾ لڳل تمام ڪوششن جي باوجود، موجوده ڪيٽالسٽس ۽ اي سي آر سسٽم ۾ اڃا به ڪيترائي مسئلا آهن جن کي اي سي آر کي ڪمرشلائيز ڪرڻ کان اڳ حل ڪيو وڃي.پهريون، اثرائتو C─C ڪپلنگ کي محسوس ڪرڻ لاءِ غالب ڪيٽيلسٽ جي طور تي، Cu سنگين استحڪام جي مسئلن جو شڪار آهي، خاص طور تي آبي اليڪٽرولائٽ ۾، ۽ اي سي آر جي حالتن هيٺ انهن جي اعليٰ ايٽم متحرڪ، ذرڙن جي جمع ۽ ساخت جي خرابيءَ جي ڪري گهٽ ۾ گهٽ 100 ڪلاڪن تائين زنده رهي سگهي ٿو.اهڙيء طرح، Cu-based catalyst استعمال ڪندي ڊگهي عرصي جي استحڪام کي ڪيئن حاصل ڪرڻ اڃا تائين هڪ کليل چئلينج آهي.Cu-based Catalyst کي مخصوص سپورٽ تي مضبوط رابطي سان لنگرائڻ شايد ڪيٽالسٽ جي جوڙجڪ/مورفولوجي کي محفوظ رکڻ لاءِ هڪ قابل اعتماد حڪمت عملي ٿي سگهي ٿي ۽ اهڙيءَ طرح وڌايل زندگي جي مدت مهيا ڪري ٿي.ان کان علاوه، اي سي آر دوران آبي حل کي تبديل ڪرڻ لاء پوليمر جھلي اليڪٽرولائٽ استعمال ڪندي شايد Cu-based catalyst جي استحڪام کي وڌيڪ بهتر بڻائي سگھي ٿو.ان کان علاوه، ڪيٽالسٽ جي نقطه نظر کان، سيٽيوٽ/ان اوپيرينڊو ڪيريڪٽرائيزيشن ٽيڪنڪ ۽ نظرياتي ماڊلنگ کي پڻ استعمال ڪيو وڃي ته ڪيٽالسٽ ڪارڪردگي جي خرابي کي مانيٽر ڪرڻ ۽ سمجھڻ لاءِ، ان ڪري، بدلي ۾، ڪيٽالسٽ جي تباهي ۽ زهر کي دٻائڻ لاءِ هيٺين سطح تي.اي سي آر ڪيٽالسٽس جو هڪ ٻيو اهم مسئلو جنهن کي خطاب ڪيو وڃي اهو آهي ته ٺهڪندڙ پروٽوڪول کي وڏي پئماني تي پيداوار لاءِ قابل عمل بڻائڻ.انهي جي نتيجي ۾، وڏي پيماني تي دستياب فيڊ اسٽيڪ استعمال ڪندي مصنوعي طريقيڪار کي ترتيب ڏيڻ کي ترجيح ڏني وئي آهي.

ٻيو، ECR مان ٺهيل C2+ آڪسيجن عام طور تي روايتي H- يا فلو-سيل ري ايڪٽرن لاءِ اليڪٽرولائٽ ۾ محلولن (مثال طور KHCO3 ۽ KOH) سان ملائي ويندي آهي، جنهن کي، بهرحال، خالص مائع ايندھن جي حل کي بحال ڪرڻ لاءِ اضافي علحدگيءَ ۽ ڪنسنٽريشن جي عملن جي ضرورت هوندي آهي. عملي ايپليڪيشنون.ساڳئي وقت، ترقي يافته C2+ هائيڊرو ڪاربن پڻ H2 ۽ بقايا CO2 سان ملايا ويندا آهن.اهڙيءَ طرح، هڪ قيمتي علحدگيءَ وارو عمل موجوده ECR ٽيڪنالاجيءَ لاءِ ناگزير آهي، جيڪو ECR کي عملي استعمال کان وڌيڪ روڪي ٿو.تنهن ڪري، خالص مائع ايندھن جي حل ۽ خالص گئس هائيڊرو ڪاربن کي سڌو سنئون ۽ مسلسل پيدا ڪرڻ، خاص طور تي اعلي پيداوار جي ڪنسنٽريشن سان، اي سي آر جي عملي ترتيب لاءِ انتهائي گهربل آهي.اهڙيءَ طرح اسان اڳڪٿي ڪريون ٿا ته خالص پروڊڪٽس جي سڌي پيداوار جي اڀرندڙ اهميت کي ويجهي مستقبل ۾ اي سي آر ذريعي، جيڪا شايد اي سي آر ٽيڪنالاجي کي مارڪيٽ جي تمام ويجھو وٺي ويندي (127).

ٽيون، جڏهن ته ECR ٽيڪنالاجي ۾ C─O ۽ C─H بانڊن، جهڙوڪ ايٿانول، ايڪٽڪ ايسڊ ۽ ايٿيلين جي ٺهڻ جو تمام گهڻو مطالعو ڪيو ويو آهي، ٻين قسمن جي شين جي ڳولا به ECR ٽيڪنالاجي لاءِ اهم آهي ۽ اقتصادي دلچسپي ڏيکاري ٿي.مثال طور، تازو، حن ۽ همراه ڪارڪنن (128) ECR پاران 2-bromoethnol جي پيداوار جي رپورٽ ڪئي.C─Br بانڊ جي ٺهڻ جي صورت ۾ پيداوار کي ايٿانول کان 2-بروموٿينول ۾ تبديل ڪري ٿي، جيڪو ڪيميائي ۽ دواسازي جي جوڙجڪ ۾ هڪ اهم تعميراتي بلاڪ آهي ۽ وڌيڪ اضافو قدر ڏيکاري ٿو.اهڙيء طرح، موجوده چڱي طرح اڀياس ڪيل C2 + پراڊڪٽس کان ٻاهر، اسان يقين رکون ٿا ته ٻين نادر دريافت ڪيل شين جهڙوڪ آڪسالڪ ايسڊ (129) ۽ وڌيڪ پيچيده C2 ​​+ انوولز جي ٺهڪندڙ جهڙوڪ سائيڪلڪ مرکبات مستقبل جي اي سي آر جي تحقيق لاء هڪ ٻيو پرجوش رستو آهي.

آخري نه پر گهٽ ۾ گهٽ، ناول اليڪٽروڊ ۽ ري ايڪٽر ڊزائينز جهڙوڪ واٽر پروف GDE، مائع فلو سيلز، ۽ PEM سيل کي اي سي آر جي پيداوار جي شرح کي تجارتي سطح تائين وڌائڻ لاءِ وڏي پيماني تي اپنائڻ گهرجي (>200 mA cm−2).بهرحال، electrocatalytic سرگرمي ۾ وڏي تفاوت هميشه ڏٺو ويندو آهي جڏهن electrocatalysts کي مڪمل سيل ٽيسٽ تي لاڳو ڪيو ويندو آهي.تنهن ڪري، وڌيڪ منظم مطالعي کي انجام ڏيڻ گهرجي ته اڌ-سيل مطالعي ۽ مڪمل-سيل ڊوائيس ايپليڪيشن جي وچ ۾ فرق کي گھٽائڻ لاء اي سي آر کي ليبارٽري اسڪيل ٽيسٽ کان عملي استعمال تائين آڻڻ لاء.

تت ۾، اليڪٽرڪ ڪيميڪل CO2 جي گھٽتائي اسان لاءِ سٺو موقعو فراهم ڪري ٿي ته ماحولياتي مسئلي کي حل ڪرڻ لاءِ گرين هائوس گيسز مان جيڪي انساني سرگرمين ذريعي خارج ٿين ٿا.اهو پڻ قابل تجديد توانائي استعمال ڪندي صاف ايندھن ۽ ڪيميائي حاصل ڪرڻ جو امڪان ڏيکاري ٿو.جڏهن ته موجوده اسٽيج تي اي سي آر ٽيڪنالاجي لاءِ ڪيترائي چئلينج باقي آهن، خاص طور تي C─C جوڙڻ واري عمل لاءِ، اهو يقين آهي ته ڪيٽالسٽ جي اصلاح ۽ سيل پرفيڪشن ٻنهي تي مسلسل تحقيق ۽ ترقي سان، صاف ايندھن لاءِ حقيقي دنيا جي CO2 اليڪٽرولائيزيشن جو تناظر. ۽ ڪيميائي ويجهي مستقبل ۾ محسوس ڪيو ويندو.

هي هڪ کليل رسائي وارو مضمون آهي ورهايو ويو Creative Commons Attribution-Noncommercial لائسنس جي شرطن جي تحت، جيڪو اجازت ڏئي ٿو استعمال، ورڇ، ۽ ورجائي ڪنهن به وچولي ۾، ايتري قدر جو نتيجو استعمال تجارتي فائدي لاءِ نه آهي ۽ مهيا ڪيو ويو اصل ڪم صحيح طرح سان آهي. حوالو ڏنو.

نوٽ: اسان صرف توهان جي اي ميل ايڊريس جي درخواست ڪريون ٿا ته جيئن توهان جنهن شخص کي صفحي جي سفارش ڪري رهيا آهيو اهو ڄاڻي ٿو ته توهان چاهيو ٿا ته اهي ان کي ڏسن، ۽ اهو فضول ميل نه آهي.اسان ڪنهن به اي ميل پتي تي قبضو نه ڪندا آهيون.

© 2020 آمريڪي ايسوسيئيشن فار دي ايڊوانسمينٽ آف سائنس.سڀ حق محفوظ آهن.AAAS HINARI، AGORA، OARE، CHORUS، CLOCKSS، CrossRef ۽ COUNTER.Science Advances ISSN 2375-2548 جو شريڪ آھي.