Ka lebaka la mathata a tikoloho le phetoho ea matla, electrochemical CO2 phokotso (ECR) ho mafura le lik'hemik'hale tse nang le boleng bo eketsehileng ba multicarbon (C2 +), tse sebelisang motlakase o tsosolositsoeng, li fana ka tharollo ea nako e telele ea ho koala potoloho ea carbon le melemo ea moruo e eketsehileng.Leha ho le joalo, ho kopana ha electrocatalytic C─C ka har'a li-electrolyte tse nang le metsi e ntse e le phephetso e bulehileng ka lebaka la khetho e tlase, ts'ebetso le botsitso.Moralo oa li-catalyst le li-reactor o na le senotlolo sa ho rarolla mathata ao.Re akaretsa tsoelo-pele ea morao-rao mabapi le mokhoa oa ho finyella khokahanyo e sebetsang ea C─C ka ECR, ka ho hatisa maano a li-electrocatalysts le electrocatalytic electrode/reactor design, le mekhoa ea tsona e tsamaellanang.Ho phaella moo, libotlolo tsa hona joale le menyetla ea nako e tlang bakeng sa tlhahiso ea lihlahisoa tsa C2 + li tšohloa.Re ikemiselitse ho fana ka tlhahlobo e qaqileng ea maano a morao-rao a ho kopanya C─C sechabeng bakeng sa nts'etsopele le ts'usumetso ho kutloisiso ea mantlha le lits'ebetso tsa theknoloji.

Ho lokolloa ho feteletseng ha carbon dioxide (CO2) sepakapakeng ho bakile liphello tse tebileng tsa tikoloho hape ho hlahisa tšokelo e potlakileng le e ka 'nang ea se ke ea etsolloa lichabeng tsa batho (1, 2).Ha maemo a sepakapaka a CO2 a ntse a eketseha haholo ho tloha ho 270 ppm (likarolo ho milione) mathoasong a lilemo tsa bo-1800 ho isa ho 401.3 ppm ka Phupu 2015, ho fihletsoe tumellano ea lefats'e ka bophara mabapi le ho sebelisa sebaka sa khabone se hlahisoang ke mesebetsi ea batho (3, 4).Ho elelloa sebaka se haufi sa sebaka sa khabone, mokhoa o mong o ka bang teng ke ho tlosa ho its'etleha ha liindasteri tsa matla le tsa lik'hemik'hale ho tloha ho mafura a khale ho ea mehloling e ka nchafatsoang joalo ka letsatsi le moea (5–8).Leha ho le joalo, karolo ea matla a tsoang mehloling eo e nchafalitsoeng e lekantsoe feela ho 30% ka lebaka la tlhaho ea bona ea nakoana, ntle le haeba mekhoa ea ho boloka matla a maholo e fumaneha (9).Kahoo, ka mokhoa o mong, ho nkuoa ha CO2 ho tsoa mehloling e joalo ka limela tsa motlakase, ho lateloa ke ho fetoloa ho li-feedstocks tsa lik'hemik'hale le mafura, ho ka sebetsa haholo (9-12).Electrocatalytic CO2 reduction (ECR) e sebelisang motlakase o tsosolositsoeng e emela tharollo e ntle ea nako e telele ka lebaka la maemo a bonolo a ts'ebetso a hlokahalang bakeng sa liphetoho, moo lihlahisoa tsa bohlokoa li ka hlahisoang ka mokhoa o ikhethileng (13).Joalokaha ho bontšitsoe setšoantšong sa 1, ts'ebetsong ena, electrolyzer ea electrochemical e fetola CO2 le metsi hore e be lik'hemik'hale le mafura a sebelisoang ke motlakase o tsosolositsoeng.Mafura a hlahisoang a khona ho boloka nako e telele 'me a ka boela a ajoa kapa a jeoa, a fana ka CO2 e le litšila tse ka sehloohong, tse tla tšoaroa le ho khutlisetsoa ho reactor ho koala loop.Ho feta moo, li-feedstocks tsa lik'hemik'hale tse nyane tsa molek'hule [mohlala, carbon monoxide (CO) le formate] tse tsoang ho ECR li ka sebelisoa e le lisebelisoa tse tala bakeng sa motsoako o rarahaneng oa lik'hemik'hale.

Mafura le lik'hemik'hale li ka finyelloa ho tsoa ho ECR ka potoloho ea carbon e koetsoeng e tsamaisoang ke mehloli ea matla a tsosolositsoeng e kang letsatsi, moea le hydro.Boenjineri ba lisele le boenjineri ba ho thusa ba bapala karolo ea bohlokoa ho khothaletsa khetho, ts'ebetso, le ts'ebetso e nepahetseng bakeng sa phetoho ea CO2 hore e be lihlahisoa tsa C2+ tse ekelitsoeng ka boleng bo phahameng ba matla.

Leha ho le joalo, CO2 ke molek'hule ea mela e tsitsitseng e nang le bond e matla ea C═O (750 kJ mol-1) (14), e etsang hore ho be thata bakeng sa phetoho ea electrochemical.Ka hona, e hloka tšitiso e phahameng ea ts'ebetso, eo, le eona, e lebisang ho overpotentials ea bohlokoa (15).Ho feta moo, ECR ka electrolyte e nang le metsi e kenyelletsa mekhoa ea phetisetso ea li-electron-elektronike / proton hammoho le mefuta e mengata e fapaneng ea li-intermediates le lihlahisoa (16-18), e etsang hore e rarahane haholo.Letlapa la 1 le akaretsa karabelo ea halofo ea electrochemical thermodynamic ea lihlahisoa tsa mantlha tsa ECR, ho kenyelletsa CO, methane (CH4), methanol (CH3OH), formic acid (HCOOH), ethylene (C2H4), ethanol (CH3CH2OH), joalo-joalo, hammoho le bona. menyetla e lumellanang le maemo a redox (19).Ka kakaretso, nakong ea ts'ebetso ea ECR, limolek'hule tsa CO2 li qala ho bapatsoa le ho sebelisana le liathomo sebakeng sa catalyst ho theha * CO2-, 'me e lateloe ke phetisetso e fapaneng ea liprothone le/kapa lielektrone ho ea lihlahisoa tse fapaneng tsa ho qetela.Ka mohlala, ho lumeloa hore CH4 e hlaha ka litsela tse latelang: CO2 → *COOH → *CO → *CHO → *CH2O → *CH3O → CH4 + *O → CH4 + *OH → CH4 + H2O (20).

Setšoantšo sa 2A se akaretsa katleho ea Faradaic (FE) tlas'a litekanyetso tse fapaneng tsa tlhahiso (tekanyo ea hona joale) bakeng sa li-electrocatalysts tsa ECR tse tlalehiloeng, tse emelang khetho ea sehlahisoa sa karabelo (21-43).Haholo-holo, le hoja li-electrocatalyst tsa morao-rao li ka fetola CO2 ho lihlahisoa tsa C1 (CO kapa formate) ka ho feta 95% FE tlas'a sekhahla se phahameng sa tlhahiso (> 20 mA cm-2 bakeng sa sele ea mofuta oa H le> 100 mA cm− 2 bakeng sa sele ea phallo) (9, 21, 22, 25, 28, 44, 45), khetho e phahameng haholo (> 90%) le tlhahiso e sebetsang ea lik'hemik'hale tse ngata tse fumanehang tsa multicarbon (C2 +) ha e e-s'o fihleloe ho fihlela joale.Sena se bakoa ke taba ea hore ho kopanya lihlahisoa tsa C2+ ho hloka ho fihla le ho phatlalatsoa ha limolek'hule tse 'maloa tsa CO2 ho ea holimo, phetoho ea mehato, le boemo ba sebaka (13).E le ho toba, joalokaha ho bontšitsoe setšoantšong sa 2B, liketso tse latelang tsa * CO intermediates li khetholla lihlahisoa tsa ho qetela tsa C2 + tsa ECR.Ka kakaretso, C2H6 le CH3COO− li arolelana * CH2 e bohareng, e hlahisoang ho tloha mehatong ea phetisetso ea elektronike e kopantsoeng le proton ea * CO.Protonation e eketsehileng ea * CH2 e fana ka * CH3 bohareng, e lebisang ho thehoeng ha C2H6 ka * CH3 dimerization.Ho fapana le moloko oa C2H6, CH3COO− e thehoa ka ho kenya CO ho *CH2.The * CO dimerization ke mohato o khethollang sekhahla bakeng sa sebopeho sa C2H4, CH3CH2OH, le n-propanol (n-C3H7OH).Ka mor'a letoto la mehato ea ho fetisa elektronike le mehato ea protonation, * CO─CO dimer e theha * CH2CHO e bohareng, e sebetsang e le mohato oa khetho-khetho bakeng sa C2H4 le C2H5OH.Ho phaella moo, ho ile ha fumanoa hore ho fokotsa * CH2CHO ho C2H4 ho na le mokoallo o fokolang oa matla ho feta ho fetola * CH3CHO ho C2H5OH (46), e ka hlalosang FE e phahameng bakeng sa C2H4 ho feta C2H5OH ho li-catalyst tse ngata tsa koporo.Ho feta moo, li-intermediate tsa C2 tse tsitsitseng li ka fetisetsa ho n-C3H7OH ka ho kenya CO.Mekhoa e rarahaneng le e sa laoleheng ea karabelo nakong ea tlhahiso ea lik'hemik'hale ea C2 + haholo-holo ka lebaka la litumello tse ling tse ngata ho libaka tsa protonation, hammoho le ho kenya letsoho ha mohato oa nonelectrochemical (19, 47).Ka hona, moralo oa li-electrocatalyst tse khethiloeng haholo ke ntho e hlokahalang bakeng sa tlhahiso e khethehileng ea sehlahisoa sa C2 + ka chai e ngata.Tlhahlobisong ena, re ikemiselitse ho totobatsa tsoelo-pele ea morao-rao mabapi le maano a moralo oa electrocatalyst bakeng sa tlhahiso e khethiloeng ea C2 + ka ECR.Hape re fana ka kakaretso ea kutloisiso ea mekhoa e amanang le eona.Moralo oa li-electrode le reactor li tla hatisoa hape ho bonts'a mokhoa oa ho fihlela ts'ebetso e sebetsang, e tsitsitseng le e kholo ea ECR.Ho feta moo, re tla tšohla mathata a setseng le menyetla ea nako e tlang bakeng sa phetoho ea electrochemical ea CO2 ho lik'hemik'hale tsa C2 + tsa bohlokoa.

(A) The FE tlas'a litekanyetso tse fapaneng tsa tlhahiso (tekanyo ea hona joale) bakeng sa li-electrocatalysts tsa ECR tse tlalehiloeng (21-43, 130).(B) Litsela tse ngata tse ka khonehang tsa C2 + nakong ea ECR.E hlahisitsoe ka tumello e tsoang ho American Chemical Society (47).

Phetoho ea electrocatalytic ea CO2 hore e be mafura a lik'hemik'hale le li-feedstocks ke theknoloji e ka bang teng ho fihlela potoloho ea matla a carbon-neutral (11).Leha ho le joalo, FE ea lihlahisoa tsa C2 + e ntse e le hole le ts'ebeliso e sebetsang, moo li-catalysts tsa morao-rao li lumellang tlhahiso ea lihlahisoa tsa C2 tse nang le hoo e ka bang 60% FE (13, 33), ha tlhahiso ea C3 e lekanyelitsoe ho tlase ho 10% FE (48, 49).Ho kopanya ho fokotsang ha CO2 ho lihlahisoa tsa C2 + ho hloka li-catalyst tse sa tšoaneng tse nang le thepa ea morphological e hokahaneng haholo le ea elektronike (50, 51).Sebaka sa matla se hloka ho senya likamano tse ntseng li eketseha pakeng tsa ba lipakeng (47, 52, 53).Ho feta moo, ho fihlela sebopeho sa maqhama sa C─C, li-intermediate tsa karabelo tse kenngoeng sebakeng sa li-catalyst li tlameha ho ba haufi le tse ling.Ho feta moo, tsela ea ho tloha bohareng ba pele e neng e bapalitsoe ho ea ho sehlahisoa se itseng sa C2+ e hloka ho laoloa hantle ka lebaka la mehato e mengata ea phetisetso ea elektronike e thusoang ke proton.Ha ho nahanoa ka ho rarahana ho phahameng ha phokotso ea CO2 ho lihlahisoa tsa C2 +, li-electrocatalyst li lokela ho hlophisoa ka hloko ho eketsa khetho.Ho ea ka mefuta e lipakeng tsa mefuta le metsoako ea lik'hemik'hale, re arola lihlahisoa tsa C2+ ho li-multicarbon hydrocarbons le oxygenates (4, 54).Ho atamela li-electrocatalyst tse sebetsang hantle haholo bakeng sa tlhahiso e khethehileng ea limolek'hule tsa C2+, ho bontšitsoe maano a 'maloa a meralo, joalo ka heteroatom doping, taolo ea sefahleho sa kristale, alloy / dealloying, oxidation state tuning, le taolo ea ligand ea holim'a metsi, e bontšitsoe (35, 41, 55-61) .Moralo o nepahetseng o lokela ho nahana ka litlamorao tse boletsoeng ka holimo le ho eketsa melemo.Ho seng joalo, ho utloisisa hore na li-active-site motifs li lebisa boitšoarong bo ikhethang joalo bo ka khantša leseli mabapi le moralo o nepahetseng oa li-catalyst bakeng sa khokahano ea C─C.Kahoo, mokhoa oa ho rala ECR catalyst ho lihlahisoa tse itseng (multicarbon hydrocarbons le oxygenates) le mochini o amanang le ona ho tla tšohloa karolong ena.

Li-hydrocarbon tsa C2+, tse kang C2H4, ke lik'hemik'hale tse amanang le mefuta e fapaneng ea lik'hemik'hale, tse kang tlhahiso ea polyethylene (62, 63).Ntle ho moo, e ne e ka sebelisoa ka ho toba e le libeso tsa ho cheselletsa kapa e le motsoako oa khase ea tlhaho (12).Hydrogenation ea CO (Fischer-Tropsch synthesis) le CO2 e 'nile ea sebelisoa ho hlahisa C2 + hydrocarbons ka nako e telele boemong ba indasteri empa e phephetsoa ke tšebeliso e phahameng ea matla le tšusumetso ea tikoloho (64).Ka lehlakoreng le leng, ho fokotseha ha electrochemical CO2 ho sebelisa matla a tsosolositsoeng ho fana ka tsela e hloekileng le e tsitsitseng haholoanyane.Boiteko bo boholo bo entsoe ho hlahisa li-electrocatalyst tse sebetsang hantle tse lebisang ho C2+ hydrocarbons (32, 33, 65-70).

Li-electrocatalysts tsa Bimetallic li 'nile tsa batlisisoa ka ho pharaletseng ho senya kamano ea sekhahla nakong ea phetoho ea electrochemical CO2, e ka tsitsisang senotlolo sa bohareng le ho theola matla a mangata' me, ka hona, ho eketsa khetho (71-74).Leha letoto la lisebelisoa tsa alloy tse kenyelletsang Au-Cu, Ag-Cu, Au-Pd, le Cu-Pt li bonts'itsoe bakeng sa ts'ebetso e phahameng ea tlhahiso ea C1 ka ho tsitsisa karolo ea bohlokoa ea bohareng (73, 75), phello ea alloy ho sebopeho sa C2 + hydrocarbon e bonahala. ho ba thata ho feta (76).Ka mohlala, ho Cu-Ag bimetallic system, kabo ea lihlahisoa e ka laoloa habonolo ka ho lokisa karo-karolelano ea athomo ea Ag le Cu (77).Sampuli ea bokaholimo ba Cu-rich e ratoa bakeng sa tlhahiso ea hydrocarbon, ha lihlahisoa tsa bokaholimo ba Ag-rich one li laoloa ke CO, e totobatsang bohlokoa ba karo-karolelano ea athomo bakeng sa li-electrocatalyst tsa alloyed ECR.Phello ea geometri e bakoang ke tokisetso ea athomo ea sebakeng seo e ka ama haholo matla a tlamang a li-intermediates.Gewirth le basebetsi-'moho (36) ba bontšitse hore li-alloys tsa Cu-Ag tse tsoang ho li-electrodeposition tse kenyelletsoeng li bonts'itse ~ 60% FE bakeng sa C2H4 ka alkaline flow electrolyzer (Fig. 3, A le B).Tabeng ena, khetho e ntlafalitsoeng ea C2H4 e ka finyelloa ka morpholoji le tokiso ea Ag-loading.Libaka tsa Ag ho ne ho lumeloa hore li bapala karolo ea motšehetsi bakeng sa sebopeho sa CO nakong ea ECR.Joale, phumaneho e nepahetseng ea CO e mahareng e ka thusa khokahanyo ea C─C sebakeng sa boahelani sa Cu.Ntle ho moo, Ag e ka boela ea khothalletsa ho thehoa ha Cu2O nakong ea Cu-Ag catalyst synthesis (Fig. 3C), e leng se hlahisang katleho ea tlhahiso ea C2H4 e ntlafetseng.Tšebelisano ena e bula menyetla e mecha ea ho hlahisa li-catalysts tsa ho kopanya C─C.Ho feta moo, mokhoa oa ho kopanya oa litšepe tse fapaneng tsamaisong ea alloy o ka boela oa khetholla kabo ea lihlahisoa tsa ECR.Ho sebelisa Pd-Cu alloy e le mohlala (Fig. 3D), Kenis le basebetsi-'moho (71) ba bontšitse hore motsoako o arohaneng oa Pd-Cu o ka fana ka khetho e phahameng ka ho fetisisa (~ 50%) bakeng sa C2H4 ha e bapisoa le e laetsoeng le e sa sebetseng. balekane.Ho ea ka khopolo ea d-band, ka tloaelo, tšepe ea phetoho e nang le setsi sa d-band e tlaase e bontša ho fokola ha li-intermediate tse hlahisoang ke in situ holim'a tšepe (78).Ha karolo e arohaneng ea Pd-Cu alloy e bonts'a khetho e ts'oanang ea catalytic le ts'ebetso bakeng sa CO le Cu nanoparticles (NPs), e fane ka matla a fapaneng ka ho feletseng a tlamang ho li-intermediates ka Pd tuning.Joalokaha ho bontšitsoe setšoantšong sa 3E, sekhahla se arohaneng sa Cu-Pd se bontšitse setsi sa d-band se tlaase ka ho fetisisa, athe sa Cu NP ke sona se phahameng ka ho fetisisa.E fana ka maikutlo a hore motsoako oa Cu-Pd o arohaneng le mekhahlelo o ne o e-na le matla a tlaase ka ho fetisisa a tlamang bakeng sa CO e bohareng.Tlhokomeliso ena e fana ka maikutlo a hore phello ea geometri le sebopeho e ka 'na ea e-ba le karolo e kholo ho feta phello ea elektronike bakeng sa ho ntlafatsa khetho ea hydrocarbon nyeoeng ea alloy ea Cu-Pd e arohaneng le mekhahlelo.Ho fihlela joale, ke alloy e hloekileng feela ea koporo kapa ea koporo e bontšang khetho e phahameng le ts'ebetso bakeng sa phokotso ea electrochemical ea CO2 ho C2 + hydrocarbons.Kahoo, hoa hlokahala haholo ho nts'etsapele "electrocatalyst" e ncha bakeng sa tlhahiso ea C2 + hydrocarbon ho tsoa ho ECR.E susumelitsoe ke CO2 hydrogenation, thuto ea pele e bontšitse hore motsoako oa Ni-Ga o nang le mekhahlelo e fapaneng o ka sebelisoa bakeng sa moloko oa C2H4 (79).E bontšitse hore filimi ea Ni5Ga3 e ka fokotsa CO2 ho C2H4 le ethane (C2H6).Leha FE e lebisang ho C2+ hydrocarbons e le ka tlase ho 5%, e ka bula mehala e mecha bakeng sa tlhahlobo ea electrocatalyst ho leba ho C─C coupling ho ipapisitse le phello ea alloy.

(A ho C) Cu-Ag bimetallic catalysts e entsoeng ka electrodeposition e laoloang ke tlatsetso: (A) scanning electron microscopy (SEM) ea Cu wire, Cu-Ag poly, le Cu-Ag terata le (B) e tsamaellanang le C2H4 FE.(C) EXAFS e bonts'itse hore mohala oa Cu-Ag o kopantsoe ka homogeneously le Cu(I) oxide e hlahisitsoe.(A) ho ea ho (C) li hlahisoa hape ka tumello e tsoang ho American Chemical Society (36).(D le E) Li-catalyst tsa Cu-Pd tse nang le mekhoa e fapaneng ea ho kopanya: (D) Papiso, litšoantšo tsa transmission electron microscopy (TEM), le limmapa tsa likarolo tsa matla-dispersive spectroscopy tsa li-alloys tsa Cu-Pd tse hlophisitsoeng, tse sa sebetseng le tse arohaneng ka mekhahlelo le (E. ) top valence band photoemission spectra le setsi sa d-band (mohala o otlolohileng) oa li-alloys tsa Cu-Pd tse amanang le boemo ba Fermi.(D) le (E) li hlahisoa hape ka tumello ho tsoa ho American Chemical Society (71).kapa, likarolo tse sa lumellaneng.

Ntle le phello ea alloy, ho laola libaka tsa oxidation ke molao-motheo o mong o moholo oa ho fetola ts'ebetso ea li-electrocatalysts, tse ka amang sebopeho sa elektronike sa sebakeng seo.Mohlala oa pele bakeng sa tokiso ea boemo ba oxidation ea catalyst ke ho sebelisa lisebelisoa tse nkiloeng ka oxide.Mefuta e setseng ea oksijene e ka holim'a metsi kapa e ka tlas'a lefatše ea catalyst ka mor'a ho fokotseha ha in situ e ka laola boemo ba oxidation ea setsi sa tšepe.Ka mohlala, plasma-oxidized Cu e bontšitse ho feta 60% khetho ho C2H4, e neng e ngotsoe ho Cu + (37) e thibelang ho fokotsa.Ho netefatsa hore Cu + ke parameter ea bohlokoa bakeng sa khetho e phahameng ea ethylene, re ile ra etsa liteko tsa ho laola ho sebelisa plasma e fapaneng (setšoantšo sa 4A).In situ hard x-ray absorption spectroscopy e ile ea boela ea bontša hore li-oxide tse setseng sebakeng sa (tlase) li tsitsitse khahlanong le boemo ba phokotso, 'me palo e kholo ea mefuta ea Cu+ e setseng ka mor'a hora e le 'ngoe ea phokotso ka matla a batlang a phahame a -1.2 V khahlanong le ho khutlisetsoa morao. hydrogen electrode (RHE).Ho feta moo, electroredeposition ea koporo e tsoang ho sol-gel koporo oxychloride e netefalitse hape hore mefuta e tsitsitseng ea Cu + e ka ntlafatsa khetho ea C2H4 (61).Boemo ba oxidation ea copper catalyst tlasa matla a fapaneng a ts'ebeliso e ile ea lateloa ho sebelisoa spectroscopy e rarollotsoeng ka nako in situ soft x-ray absorption spectroscopy.Mohato oa pele oa phetoho ho tloha Cu2+ ho ea Cu+ o potlakile haholo;leha ho le joalo, phokotso e eketsehileng ea electrochemical ea mefuta ea Cu + ho Cu0 e lieha haholo.Hoo e ka bang 23% ea mefuta ea Cu+ e sala le ka mor'a ho fokotseha ha hora e le 'ngoe tlas'a −1.2 V khahlano le RHE (Setšoantšo sa 4B).Boithuto ba mechini bo senotse hore khokahano lipakeng tsa Cu+ le Cu0 e lebisa ho khoheli ea motlakase lipakeng tsa lipakeng ho tloha ha athomo ea C ea *CO @ Cu+ e qosoa hantle, athe ea *CO @ Cu0 e qosoa hampe (80), eo le eona e khothalletsang C─C sebopeho sa bond mme kahoo se hlahisa C2 + hydrocarbons.Ntle le lisebelisoa tse entsoeng ka oxide, copper nitride (Cu3N) e ne e boetse e sebelisetsoa ho fihlela mefuta ea (sub) Surface Cu+ ho fokotsa mokoallo oa matla a dimerization oa * CO (81).Ho phaella moo, ha ho bapisoa le Cu3-derived Cu, Cu3N-derived Cu + mefuta e tsitsitseng le ho feta (Fig. 4C).Ka lebaka leo, mokelikeli oa koporo o entsoeng ka nitride o bontša FE ea 39 ± 2% bakeng sa C2H4, ho feta Cu e hloekileng (~ 23%) le Cu e entsoeng ka oxide (~ 28%).E tšoana le Cu+/Cu e boletsoeng ka holimo, boron e sebelisitsoe e le heteroatom dopant ho hlahisa le ho tsitsisa Cuδ+ (41).Boemo bo tloaelehileng ba oxidation ea koporo bo ka laoloa ho tloha ho +0.25 ho ea ho +0.78 ka ho fetola khatello ea boron dopant.Boima ba linaha bo bonts'itse hore lielektrone li fetisoa ho tloha koporo ho ea ho boron, e leng se lebisang libakeng tsa koporo tse qosoang hantle.Koporo e entsoeng ka boron e bonts'itse matla a ntseng a eketseha a *CHO mahareng, ka hona, a hatella tsela ea ho arabela lihlahisoa tsa C1.Ho feta moo, e ka eketsa khetho ho li-hydrocarbon tse ngata ka ho fokotsa * CO dimerization reaction energy (Fig. 4D).Ka ho ntlafatsa boemo bo tloaelehileng ba oxidation holim'a koporo, C2 FE e phahameng ea ~ 80% e nang le ~ 53% C2H4 e ka finyelloa tlas'a boemo bo tloaelehileng ba koporo ea koporo ea + 0.35 (Fig. 4E).Ho fihlela joale, libaka tse sebetsang ka koporo li khethiloe e le Cu0, Cuδ+, le / kapa sebopeho sa bona sa ECR lithutong tse fapaneng (39, 41, 42, 81, 82).Leha ho le joalo, sebaka se sebetsang se ntse se phehisana khang.Leha li-catalysts tsa heteroatom doping-induced Cuδ+ li bonahetse li sebetsa haholo bakeng sa ECR mabapi le lihlahisoa tsa C2+, phello ea synergistic ho tsoa ho bofokoli bo hlahisitsoeng ka nako e le 'ngoe le likhokahano le tsona li lokela ho nahanoa.Ka hona, libopeho tse hlophisitsoeng tsa operando li lokela ho ntlafatsoa ho khetholla setsi se sebetsang holim'a koporo le ho hlahloba bokhoni ba ho fetoha ha libaka tse sebetsang tlas'a maemo a karabelo.Ntle ho moo, ho ba le botsitso ba koporo e ntle ke ntho e 'ngoe e amehang tlas'a maemo a ho fokotsa electrochemical.Mokhoa oa ho kopanya li-catalyst ka libaka tse tsitsitseng tsa Cuδ+ e ntse e le phephetso.

(A) Kakaretso ea khetho ea C2H4 ea li-catalyst tse fapaneng tsa koporo tse entsoeng ka plasma.E hatisitsoe ka tumello e tsoang ho Nature Publishing Group (37).Mehala ea sekhahla, 500 nm.(B) Karolelano ea li-Cu oxidation states tse amanang le nako ea karabelo ho −1.2 V khahlanong le RHE ka koporo e entsoeng ka electroredeposited.E hatisitsoe ka tumello e tsoang ho Nature Publishing Group (61).(C) Karolelano ea mefuta ea Cu+ e nang le ts'ebetso ea nako ea ho arabela ho −0.95 V khahlanong le RHE ho Cu-on-Cu3N kapa Cu-on-Cu2O.E hatisitsoe ka tumello e tsoang ho Nature Publishing Group (81).(D) Boron doping e khonne ho fetola karolelano ea matla a adsorption ea CO sebakeng sa koporo le ho theola matla a CO─CO a dimerization.1[B], 2[B], 3[B], 4[B], le 8[B] li bua ka bongata ba boron doping ka har'a li-catalyst tsa koporo, tse neng li le 1/16, 1/8, 3/ 16, 1/4, le 1/2, ka ho latellana.(E) Kamano pakeng tsa boemo ba oxidation le FE ea lihlahisoa tsa C2 kapa C1 ho li-catalyst tsa koporo tsa boron-doped.(D) le (E) li hatisitsoe ka tumello e tsoang ho Nature Publishing Group (41).(F) Litšoantšo tsa SEM tsa li-foil tsa koporo tse nang le botenya bo fapaneng ba lifilimi tsa Cu2O pele (holimo) le ka morao (ka tlase) ECR.E hlahisitsoe ka tumello e tsoang ho American Chemical Society (83).

Ntle le sebopeho sa elektroniki, lisebelisoa tse tsoang ho oxide li ka lebisa ho morphology kapa sebopeho sa sebopeho nakong ea ts'ebetso ea ho fokotsa in situ.Ho latela pono ea morphology kapa sebopeho, ts'ebetso e ntlafalitsoeng ea electrochemical ea li-electrocatalysts tse tsoang ho oxide e hlahisitsoe ke ho theoa ha meeli ea lijo-thollo tse sebetsang, lithapo le mehato (83-85).Yeo le basebetsi-'moho (83) ba tlalehile khetho ea C─C e kopanyang lifiliming tsa Cu2O tse nang le electrodeposited tse nang le botenya bo fapaneng (Fig. 4F).In situ Raman spectroscopy e senoletse hore bokaholimo ba lifilimi tsa Cu2O bo fokotsoe ho ba Cu0 ea tšepe e tsitsitseng nakong ea ECR (83).Ka lebaka leo, metallic Cu0 e tiisitsoe e le setsi se sebetsang sa catalytic ho e-na le mefuta ea Cu + kapa sebopeho sa Cu +/Cu0.Ts'ebetsong ea ho fokotsa Cu2O ho metallic Cu0, sebaka sa "catalyst" se ka 'na sa etsa litepisi, mathōko le mathule.Ho ile ha bontšoa hore mehato e entsoeng le mathōko a sebetsa haholo ho feta mapolanka, a tsoang ho tlamahano ea bona e matla le * CO, e ka ntlafatsang hydrogenate * CO ho * CHO kapa * CH2O.Ntle le moo, li-athomo tsa Cu li khothalletsa ho matlafatsa * CHO le * CH2O sebopeho.Mosebetsi o fetileng o khothalelitse hore *CHO le *CH2O li-intermediate li loketse ho kopanya C─C ho feta *CO ho kinetics (86).Ka ho laola sebopeho sa bokaholimo, matla a chemisorption a *CHO le *CH2O a ka ntlafatsoa.Phuputsong ena, bangoli ba fumane hore FE ea C2H4 e fokotsehile ho tloha 40 ho ea ho 22% ha ba eketsa botenya ba filimi e tšesaane ea Cu2O ho tloha 0.9 ho ea ho 8.8 μm.Sena ke ka lebaka la mahloriso a tlaase coordinaten Cu e ileng ea eketseha ka keketseho ea Cu2O botenya.Liathomo tsena tse sa hokahaneng hantle li ka tlamahanngoa le H, ka hona, li ratoa haholo bakeng sa phetoho ea haedrojene ho feta ho kopanya C─C.Mosebetsi ona o bontšitse hore motsoako oa koporo o entsoeng ka oxide o ka ntlafatsa haholo khetho ea C2H4 ka ho tsosolosoa ha morphology ho e-na le ho hlahisa mefuta ea Cuδ+ e qosoang.Ho sebelisa li-catalysts tse entsoeng ka oxide, ethane (C2H6) e boetse e hlahisoa ka mokhoa o ikhethileng ka thuso ea palladium (II) chloride (PdCl2) additive ka electrolyte (34).E bontšitse hore adsorbed PdClx e holim'a Cu2O-derived Cu e phethile karolo ea bohlokoa bakeng sa ho iphetola ha lintho tsa C2H6.Ka ho khetheha, CO2 e qalile ho fokotsoa ho C2H4 libakeng tsa Cu2O-derived active Cu, 'me joale C2H4 e entsoeng e ne e tla ba hydrogenated ka thuso ea adsorbed PdClx ho hlahisa C2H6.FE ea C2H6 e eketsehile ho tloha ho <1 ho ea ho 30.1% ka thuso ea PdCl2.Mosebetsi ona o fana ka maikutlo a hore motsoako oa motsoako oa ECR o hlalositsoeng hantle le motsoako oa electrolyte o ka bula menyetla e mecha bakeng sa tlhahiso e khethehileng ea lihlahisoa tsa C2 +.

Morphology le/kapa taolo ea sebopeho e emela leano le leng la ho hlophisa khetho le ts'ebetso ea catalytic.Ho laola boholo, sebopeho, le likarolo tse pepeneneng tsa li-catalyst li bonts'itsoe haholo bakeng sa ntlafatso ea ts'ebetso ea ECR (58, 87, 88).Mohlala, Cu(100) facet e ratoa haholo bakeng sa moloko oa C2H4, athe sehlahisoa se hlahelletseng se tsoang ho Cu(111) catalyst ke methane (CH4) (87).Phuputsong ea Cu nanocrystals e nang le libopeho le boholo bo sa tšoaneng, Buonsanti le basebetsi-'moho (58) ba ile ba senola ho itšetleha ka boholo ba nonmonotonic ba khetho ea C2H4 ka li-nanocrystals tsa koporo tse bōpehileng joaloka cube (Fig. 5A).Ha e le hantle, li-cubic Cu nanocrystals li bonts'itse ts'ebetso e phahameng ea C2H4 le khetho ho feta spherical Cu nanocrystals ka lebaka la boholo ba karolo ea (100).Boholo bo nyane ba kristale ea cubic Cu bo ka fana ka ts'ebetso e phahameng ka lebaka la keketseho e ntseng e eketseha ea libaka tse holimo tse hokahaneng, joalo ka likhutlo, mehato le kinks.Leha ho le joalo, chemisorption e matla ea libaka tse tlaase tse hokahaneng e ne e tsamaea le khetho e phahameng ea H2 le CO, e leng se ileng sa fella ka ho fokotseha ha kakaretso ea hydrocarbon FE.Ka lehlakoreng le leng, karo-karolelano ea libaka tse ka thōko ho libaka tsa lifofane li fokotsehile ka ho eketseha ha boholo ba likaroloana, tse amang le ts'ebetso ea tlhahiso ea C2H4.Bangoli ba bonts'itse hore li-nanocubes tsa koporo tse mahareng tse nang le bolelele ba 44-nm li bonts'itse khetho e phahameng ka ho fetisisa ea C2H4 ka lebaka la tekano e ntlafalitsoeng lipakeng tsa boholo ba likaroloana le bongata ba libaka tse haufi.Ho feta moo, morphology e ka ama pH ea lehae le lipalangoang tse ngata nakong ea ECR.Ho bonts'itsoe hore pH e phahameng ea lehae tikolohong ea catalyst surface, e bakoang ke in situ generated OH−, e hatella tsela e amehang ea proton.Ka lebaka leo, sebopeho sa C2+ sa hydrocarbon ka * CO dimerization se ka ntlafatsoa, ​​'me CH4 e entsoeng ka * COH e bohareng e ka thibeloa.Lisebelisoa tsa nanowire tsa koporo (setšoantšo sa 5B) li bontšitsoe ho finyella pH e eketsehileng ea sebaka (68).Joaloka electrolyte e sebelisoang ka tloaelo, tharollo ea CO2 saturated potassium bicarbonate (KHCO3) e tla potlakela ho fokotsa sebaka sa OH- (HCO3− + OH- = CO32− + H2O) le ho fokotsa pH ea moo.Ka microstructure e telele, ho ata ha HCO3- ka har'a lihlopha tsa Cu nanowire ho ka fokotsoa ka tsela e itseng e le hore phello ea ho se nke lehlakore bakeng sa OH- ea sebakeng seo e tla hatelloa ho isa tekanyong e itseng.Motheong oa molao-motheo o tšoanang, li-meshes tsa koporo tse nang le mesopores a laoloang hantle (setšoantšo sa 5C) se bontšitse FE e ntlafetseng bakeng sa tlhahiso ea C2H4 kapa C2H6 (32).E bontšitse hore pH ea lehae sebakeng sa elektrode e ka eketsoa ka ho fokotsa bophara ba pore, ho baka ho fokotseha ha sehlahisoa sa C1 FE le ho ntlafatsa sehlahisoa sa C2 FE.Ntle le moo, ka ho eketsa botebo ba pore, sehlahisoa se seholo sa phokotso se ka hlophisoa ho tloha ho C2H4 ho ea ho C2H6.FE ea C2H6 e ne e le holimo ho 46%.Kaha lik'hemik'hale li 'nile tsa koalloa ka har'a li-pores nakong ea ECR, nako e telele ea ho boloka nako e telele ea li-intermediate tsa bohlokoa tse bakoang ke li-pores tse tebileng li hlalositsoe e le lebaka le ka sehloohong la khetho e phahameng ea C2 hydrocarbon e tletseng.CuI-derived Cu nanofibers le eona e bontšitse khetho e phahameng ho C2H6 (FE = 30% ho -0.735 V khahlanong le RHE) (89).Morpholoji ea anisotropic le bokhopo bo phahameng ba CuI-derived Cu nanofibers bo ka ntlafatsa ts'ebetso ea ho ts'oara ea H2 e monyelitsoeng mme kahoo ea eketsa FE ea C2H6.

(A ho C) Morphology kapa liphello tsa sebopeho.(A) Boitšoaro ba liathomo (axis e ka ho le letšehali) le karo-karolelano ea liathomo libakeng tse moeling (Nedge) ho liathomo tse sefofaneng sa (100) (N100) (axis e ka ho le letona) ho tsamaellana le bolelele ba moeli (d).E hlahisitsoe ka tumello e tsoang ho John Wiley and Sons (58).(B) Leano la morphology le entse hore pH e fetohe.E hlahisitsoe ka tumello ea John Wiley and Sons (68).(C) Khetho ea lihlahisoa tsa koporo ea mesopore e nang le boholo bo fapaneng ba pore le botebo.E hlahisitsoe ka tumello ea John Wiley and Sons (32).(D ho ea ho H) Litlamorao tsa ligand.(D le E) ECR ho nanowire ea koporo (Cu NW) e nang le mefuta e fapaneng ea li-amino acid (D) kapa li-modifiers (E) ho −1.9 V. E hlahisitsoe hape ka tumello e tsoang ho Royal Society of Chemistry (35).(F) Litefiso tsa tlhahiso ea C2H4 ka li-electrolyte tse fapaneng tsa halide tse nang le menyetla e fapaneng ea adsorption ho Cu (35).E hlahisitsoe ka tumello e tsoang ho American Chemical Society (91).NHE, elektrode e tloaelehileng ea hydrogen.(G) FE ea C2H4 le CO ka likarolo tse fapaneng tsa li-electrolyte tsa KOH le (H) Tafel letsoapong la C2H4 libakeng tse fapaneng tsa li-electrolyte tsa KOH.(G) le (H) li hlahisoa hape ho tsoa ho Mokhatlo oa Amerika oa Tsoelo-pele ea Saense (AAAS) (33).

Phetoho ea sebaka sa Catalyst ho sebelisa limolek'hule tse nyane ke leano le leng le tsebahalang la ho ntlafatsa ts'ebetso ea electrochemical ea ECR.Leano lena le ka susumetsa microenvironment haufi le sebaka sa catalyst, se ka 'nang sa tsitsisa li-intermediate tsa bohlokoa ka lebaka la ho sebelisana pakeng tsa holim'a ligand le bohareng.Amine e tlalehiloe e le mofetoleli oa ho ntšetsa pele ECR (35).Li-amino acid tse fapaneng, ho kenyelletsa glycine (Gly), dl-alanine (Ala), dl-leucine (Leu), dl-tryptophan (Tyr), dl-arginine (Arg), le dl-tryptophan (Trp), li entsoe lipatlisiso ho ithuta litlamorao tsa tsona ho li-nanowires tsa koporo (35).Joalokaha ho bontšitsoe setšoantšong sa 5D, li-ligand tsohle tse thehiloeng ho amino acid li ne li khona ho ntlafatsa khetho ea C2 + hydrocarbons.Ntlafatso e joalo e fana ka maikutlo a hore ─COOH le ─NH2 lihlopha tse sebetsang ka har'a amino acid mohlomong li ikarabella bakeng sa khetho e ntlafalitsoeng ea ECR.Litlaleho tse fetileng li bonts'itse hore ho ata ha li-amino acid ka holim'a Cu ho fihletsoe ka lihlopha tse peli tsa ─COOH le ─NH2 (35, 90).Stearic acid (C17H35COOH, RCO2H), e nang le sehlopha sa ─COOH feela, e khethiloe ho khetholla karolo ea ─COOH.Liphetoho tse ling, tse kang a-anthraquinone diazonium salt (AQ), o-nitrobenzene diazonium salt (PhNO2), le dodecyl mercaptan (C12H25SH, RSH), tse se nang lihlopha tsa ─COOH kapa ─NH2, le tsona li ile tsa fuputsoa.Leha ho le joalo, kaofela ha tsona li ne li se ntle bakeng sa ntlafatso ea C2 + hydrocarbon FE (Setšoantšo sa 5E).Lipalo tsa theoretical li bonts'itse hore ─NH3+ lihlopha tsa adsorbed zwitterionic glycine li ka tsitsisa *CHO lipakeng ka lebaka la tšebelisano ea tsona e matla, joalo ka li-hydrogen bond.Kenyelletso ea li-ion tsa halide ho electrolyte ke tsela e 'ngoe ea ho fetola li-catalysts (91, 92).Joalokaha ho bontšitsoe setšoantšong sa 5F, tekanyo ea tlhahiso ea C2H4 ho Cu e entsoeng ka plasma e ka eketseha haholo ka thuso ea li-additives tsa halide.Ho ile ha bontšoa hore I− ion e sebetsa haholo ho feta Br− le Cl−, tumellanong le matla a adsorption a tsamaellanang a I-, Br-, le Cl− ho Cu(100) facet (91).Ntle le halides, ion hydroxide e boetse e bontšitse phello e ntle ho khetho ea C2H4.Haufinyane tjena, Sargent le basebetsi-'moho (33) ba tlalehile phetoho ea CO2-to-C2H4 le ~ 70% FE ba sebelisa concentrated potassium hydroxide (KOH) electrolyte (ho fihlela ho 10 M) ka seleng ea phallo.Joalokaha ho bontšitsoe setšoantšong sa 5G, monyetla oa ho qala oa CO le C2H4 ho 10 M KOH electrolyte o ne o le tlaase haholo ha o bapisoa le oa 1 M KOH.Ho feta moo, matsoapo a Tafel (Fig. 5H) ea sebopeho sa C2H4 a fokotsehile ka keketseho ea hydroxide concentration (135 mV decade−1 in 1 M KOH le 65 mV decade−1 in 10 M KOH), e fana ka maikutlo a phetoho ea tekanyo e akaretsang- ho etsa qeto.Density functional theory (DFT) liphetho li pakile hore boteng ba concentrated hydroxides bo ka theola matla a tlamang a CO intermediate hape ba eketsa ho se leka-lekane ha tefiso lipakeng tsa liathomo tse peli tsa khabone ho li-intermediate tsa OCCO tse adsorbed.Ka lebaka leo, OCCO mahareng e ne e tla ka ho eketsehileng tsitsisoa ka ho hohela dipole matla ho feta, isang ho theolela tshebetso matla mokoallo bakeng sa CO dimerization, e leng tla ka nako eo ntlafatsa tshebetso ka kakaretso.

C2+ oxygenates tse kang ethanol (CH3CH2OH) ke sehlopha se seng se seholo sa lihlahisoa tsa bohlokoa haholo tsa ECR.Indasteri synthesis ea ethanol ke ts'ebetso e matla haholo, e sebelisang ethylene e ngata kapa lihlahisoa tsa temo (40).Ka hona, tlhahiso ea electrocatalytic ea ethanol kapa tse ling tsa C2 + oksijene ho tloha CO2 e etsa hore ho be le kutloisiso e ngata ea moruo le ea tikoloho.Kaha moloko oa ethanol o tsoang ho ECR o arolelane pele ho nako le C2H4 e leng * C2H3O (43), khetho ea hydrogenation ea sebaka sena sa bohareng e ka fetola litsela tsa ECR ho tloha ho C2H4 ho ea ho joala (64).Leha ho le joalo, lits'ebetsong tse ngata, khetho e lebisang ho C2 + oksijene e tlase haholo ho feta hydrocarbons (31, 37, 39, 41, 42, 67).Kahoo, karolong ena, re tla totobatsa mekhoa ea moralo oa electrocatalyst e ka finyellang C2 + oxygenate FE e tsotehang e fetang 25%.

Joalokaha ho boletsoe ka holimo, li-catalyst tse entsoeng hantle tsa bimetallic li ka ntlafatsa khetho le mosebetsi bakeng sa tlhahiso ea C2 + hydrocarbon.Leano le ts'oanang empa le sa ts'oane le sebelisitsoe ho ntlafatsa ts'ebetso ea electrocatalytic bakeng sa C2 + oxygenates (38, 93, 94).Mohlala, li-catalyst tsa Ag-incorporated Cu-Cu2O li bonts'itse khetho ea ethanol, 'me ethanol FE e phahameng ka ho fetisisa e ne e le 34.15% (95).Moeli oa biphasic ka motsoako oa Ag-Cu o kopantsoeng le phase, sebakeng sa Ag/Cu atomic ratio, o ile oa khetholloa e le ntlha ea bohlokoa bakeng sa tlhahiso e khethehileng ea ethanol.Kaha sebaka sa Cu se haufi haholo le sebaka sa Ag ka mokhoa o kopantsoeng le karolo (Ag-Cu2OPB), tekanyo ea ho thehoa ha li-ethanol tse lipakeng tsa sampole e kopantsoeng le karolo e ka khothaletsoa ha e bapisoa le e arohaneng le karolo (Ag-Cu2OPS). ), e lebisang tšebetsong e ntle ea tlhahiso ea ethanol.Ntle le ethanol, Cu-Ag bimetallic NPs e boetse e bontšitsoe ho fetola CO2 ho acetate ka ho eketsoa ha benzotriazole (93).Ho -1.33 V khahlano le RHE, FE ea acetate e ne e le 21.2%.Ho ile ha etsoa tlhahiso ea litsela tse peli tabeng ena: E 'ngoe e thehiloe holim'a CO dimerization,' me e 'ngoe e holim'a ho kenngoa ha CO, e totobatsang karolo ea bohlokoa ea ho thehoa ha CO bohareng libakeng tse sebetsang tsa Ag.Tlhokomelo e tšoanang e tlalehiloe ho Cu-Zn catalysts (setšoantšo sa 6, A le B) bakeng sa tlhahiso ea ethanol (38).Ka ho lokisa litaba tsa Zn ho li-catalyst tse kopantsoeng tsa Zn-Cu, karo-karolelano ea ethanol khahlanong le C2H4 FE e ka laoloa hantle ho tloha 0.48 ho ea ho 6, e fana ka maikutlo a bohlokoa ba libaka tsa CO-evolving bakeng sa ho thehoa ha C2 + oxygenate.Ho thehoa ha li-catalyst tse kopantsoeng ho ka 'na ha etsa hore ho be le khatello holim'a lisebelisoa tsa matrix, tse ka 'nang tsa se ke tsa lakatseha ka linako tse ling.Ka hona, tsela e tobileng e lebisang ho li-catalyst tsa bimetallic e ka ba e loketseng haholoanyane bakeng sa lihlahisoa tse ling tse lebisitsoeng.Jaramillo le basebetsi-'moho (96) ba ile ba haha ​​​​sistimi e nolofalitsoeng ea Au-Cu bimetallic, e kopantsoeng ka ho beha ka kotloloho li-NP tsa khauta holim'a polycrystalline Cu foil, ho etsa lipatlisiso ka phello ea tandem catalysis.Bimetallic Au-Cu e bonts'itse khetho le ts'ebetso e ts'oanang le lino tse tahang tsa C2+, tse fetang koporo e hloekileng le khauta, le motsoako oa Au-Cu.Ha ho bapisoa le Cu foil, tsamaiso ea bimetallic Au-Cu e bontšitse ho eketseha ha CO ea sebakeng seo ka lebaka la ho ba teng ha Au NPs (setšoantšo sa 6C) se neng se sebetsa bakeng sa moloko oa CO.Kaha khauta ha e sebetse bakeng sa phokotso ea CO, sekhahla se ntlafalitsoeng sa tlhahiso ea joala ea C2+ ho Au-Cu bimetallic catalysts se ile sa hlahisoa ka mokhoa oa tandem catalysis.Haholo-holo, li-NP tsa khauta li ka hlahisa khatello e phahameng ea CO ea lehae haufi le sebaka sa Cu.Ka mor'a moo, limolek'hule tse ngata tsa CO li ka fokotsoa ho ea ho lino tse tahang tsa C2+ ka Cu.

(A ho C) Liphello tsa motsoako.(A) Maximum FE ea ethanol le C2H4 le FE karo-karolelano ea ethanol le ethylene ka mefuta e fapaneng ea Cu-Zn alloys.(B) Tekanyo e itseng ea hona joale ea ethanol ho li-alloys tse fapaneng tsa Cu-Zn.(A) le (B) li hlahisitsoe hape ka tumello ho tsoa ho American Chemical Society (38).(C) Phokotso ea CO2 le likhahla tsa CO ho iphetola ha lintho ka khauta, koporo, le Au-Cu bimetallic system.E hatisitsoe ka tumello e tsoang ho Nature Publishing Group (96).(D ho ea ho L) Morphology kapa liphello tsa sebopeho.(D) Setšoantšo sa moralo oa mokhoa oa ho palama baesekele ea tšepe.(E le F) SEM litšoantšo tsa 100-cycle Cu pele (E) le ka mor'a (F) ho fokotseha tlas'a maemo a ECR.(G) TEM le diffraction ea elektrone ea sebaka se khethiloeng e khothalelitse hore Cu(100) e pepesitsoe le (H) matla a mahala bakeng sa *OCCO le *OCCHO sebopeho ho Cu(100), Cu(111), le Cu(211) likarolo.(D) ho ea ho (G) li hlahisoa hape ka tumello ho tsoa ho Nature Publishing Group (42).(I) Karolelano ea oksijene le li-hydrocarbon e le ts'ebetso e ka bang teng ho Cu(111), Cu(751), le Cu(100).(J) Linomoro tsa khokahano bakeng sa Cu(111), Cu(100), le Cu(751).(I) le (J) li hlahisoa hape ka tumello e tsoang ho National Academy of Sciences (97).(K) Morero oa ts'ebetso ea phetoho ho tloha ho Cu NPs ho ea koporo e kang cubic.E hlahisitsoe ka tumello e tsoang ho National Academy of Sciences (98).(L) Litšoantšo tsa SEM tsa koporo ea nanodendritic pele le ka morao ho ECR.E hlahisitsoe ka tumello e tsoang ho American Chemical Society (99).

Pontšo e ikhethileng ea likarolo tsa kristale bakeng sa li-electrocatalyst e bonts'itsoe e le mokhoa o sebetsang le o otlolohileng oa ho fihlela FE e ntlafalitsoeng ho lihlahisoa tse ikhethileng tsa ECR le tsela ea bohlokoa ea kutloisiso ea mantlha.Mokhoa o bonolo empa o ka senyeha oa li-catalyst tsa kristale e le 'ngoe ke phephetso.E bululetsoe ke mokhoa oa galvanostatic charging-discharging (GCD) bakeng sa libeteri, sehlopha sa rona se ile sa hlahisa mokhoa oa tšepe oa libaesekele tsa ion (setšoantšo sa 6D) ho pepesa ka mokhoa o ikhethileng karolo ea kristale ea Cu catalyst (42).Ka mor'a lipotoloho tse 100 tsa GCD, ho ile ha thehoa mofuta o teteaneng oa Cu nanocube holim'a foil ea Cu e nang le likarolo tse pepenene (100) (Setšoantšo sa 6, E ho ea ho G).Sehlahisoa sa 100-cycle catalyst se hlahisitse C2+ alcohol FE e fetang 30% le tekano ea joala ea C2+ e fetang 20 mA cm−2.Leha ho le joalo, Cu-cycle Cu e nang le karo-karolelano e tlaase ea (100) e fana ka C2+ joala FE ea ~ 10%.Papiso ea DFT e netefalitse hore likarolo tsa Cu (100) le stepped (211) li ne li le molemo bakeng sa ho kopanya C─C holim'a Cu (111), joalokaha ho bontšitsoe setšoantšong sa 6H.Sebopeho sa mohlala, filimi ea epitaxial Cu e nang le likarolo tse fapaneng tse pepeneneng, e 'nile ea sebelisoa ho fumana mekhoa e sebetsang ea sebaka se lebisang tlhahiso ea C2 + oxygenate (Fig. 6I) (97).Kaha ho na le monyetla o fokolang oa hore CO * dimer e be haufi le liathomo tsa H * holim 'a baahisani ba fokolang, libaka tsa Cu tse hokahaneng ka tlaase li ka thibela ho thehoa ha hydrocarbons le ho lebisa ntlafatsong ea C2+ oxygenate FE hobane ho thata haholo ho hydrogenate. C─C e kopantsoe le li-intermediate tsa ECR holim'a eona (97).Thutong ea filimi ea epitaxial Cu, bangoli ba netefalitse hore ECR e mabapi le Cu (751) e bonts'itse karo-karolelano e ntlafetseng ea oksijene / hydrocarbon.Ntlafatso ena e ka amahanngoa le bokaholimo ba Cu atom geometry ea likarolo tse fapaneng tsa Cu le palo e lekanang e tlase e hokahantsoeng (setšoantšo sa 6J), moo Cu athomo e hokahaneng, ka ho latellana, le baahisani ba haufi ba babeli, ba bane, le ba tšeletseng ba haufi Cu(751), Cu(100), le Cu(111) likarolo.In situ morphology reconstruction e boetse e sebelisitsoe ho ntlafatsa C2+ oxygenate FE.Sesebelisoa se sebetsang sa cube se kang Cube se hlahisitsoe ke Yang le basebetsi-'moho (98), se bonts'itseng ts'ebetso e ntlafetseng ea ho kopanya C─C.Ka ho qaqileng, monodisperse Cu NPs (6.7 nm) tse nang le li-loadings tse fapaneng li ile tsa kenngoa ho tšehetso ea pampiri ea carbon e le mohloli oa ECR.Ho totobetse hore FE e eketsehileng ea C2 + oksijene e ile ea hlokomeloa ka ho eketseha ha Cu NP loading.Ho ile ha bontšoa hore densely tletse Cu NPs tlas'a maemo a phahameng loading o ile a feta ka situ morphological phetoho nakong ECR, eo ho eona morphologies cube-joaloka qetellong thehoa (sa feiga. 6K).Sebopeho sena se sa tsoa thehoa se ile sa fumanoa se sebetsa ka mokhoa oa electrocatalytically.Tlhahlobo ea Tafel e ile ea fana ka maikutlo a hore CO dimerization e ne e le mohato o khethollang sekhahla bakeng sa tlhahiso ea lihlahisoa tsa C2, athe ea n-propanol e bontšitse tsela e sa tloaelehang tsamaisong ena ea catalytic.Koporo ea Nanodendritic ke mohlala o mong o bontšang bohlokoa ba ho laola morphology bakeng sa tlhahiso ea C2 + oxygenate (99).Ka bokhutšoanyane, kakaretso ea FE ea nanodendrite ea koporo e hlalositsoeng hantle (setšoantšo sa 6L) bakeng sa joala ea C2 + e ne e ka ba 25% ho -1.0 V khahlanong le RHE.N-propanol FE e tsotehang ea 13% e ka finyelloa ho -0.9 V. Ha ho nahanoa ka mosebetsi o phahameng oa Cu athomo, li-catalysts tse thehiloeng ka koporo li lula li hlokofatsoa ke ho senyeha ha moralo nakong ea ECR, haholo-holo ka matla a mangata, ao, a lebisang mafutsana. botsitso.Leha ho le joalo, koporo e joalo ea nanodendritic e bontšitse botsitso bo botle bakeng sa tlhahiso ea joala, e bontšang FE ea joala ea ~ 24% ho feta lihora tse 6.

Mefokolo ea li-electrocatalysts, joalo ka likheo tsa athomo le li-dopants, li bonts'a monyetla oa ho bapatsa li-intermediate tsa ECR tse sa tloaelehang, ka hona, ka mokhoa o ikhethileng ho ntlafatsa tsela e lumellanang le oksijene (29, 43, 100).Ho nka * C2H3O e le mohlala, e leng monyetla oa ho ba bohareng ba penultimate bakeng sa tlhahiso ea ethylene le ethanol, Sargent le basebetsi-'moho (43) ba ile ba ithuta karolo ea bofokoli ho core-shell Cu electrocatalyst ka ho qaqileng.Ba ile ba theoretically o ile a bontša hore karabelo matla mekoallo bakeng sa ethylene le ethanol sebopeho ba ne ba tšoana qalong ea C─C coupling sethaleng (0.5-V overpotential) (sa feiga. 7A).Tlas'a boemo bo joalo, ho kenyelletsoa ha sekheo sa koporo ho ne ho tla eketsa hanyenyane mokoallo oa matla bakeng sa sebopeho sa ethylene, leha ho le joalo ha aa ka a bontša tšusumetso molokong oa ethanol (sa feiga. 7B).Leha ho le joalo, joalokaha ho bontšitsoe setšoantšong sa 7C, li-catalysts tsa koporo tse nang le sekheo le subsurface sulfur dopant li ka eketsa haholo mokoallo oa matla bakeng sa tsela ea ethylene, ea etsa hore e se ke ea e-ba molemo ka thermodynamically.Leha ho le joalo, phetoho e joalo e bontšitse phello e sa tsotelleng tseleng ea ethanol.Ketsahalo ena e ile ea netefatsoa hape ka liteko.Cu2S-Cu e entsoeng ka khetla e ka sehloohong e nang le likheo tse ngata holim'a metsi (Cu2S-Cu-V; Fig. 7D) e ile ea etsoa.Karo-karolelano ea joala ho ethylene e eketsehile ho tloha ho 0.18 ho Cu NPs e se nang letho ho ea ho 0.34 ho Cu2S-Cu e se nang sekheo 'me e ntan'o ba 1.21 ho Cu2S-Cu-V, le hoja kakaretso ea FE ea lihlahisoa tsa C2 + bakeng sa li-catalysts tsohle e ile ea lula e tšoana (Fig. 7E) .Tlhaloso ena e bontšitse hore ts'ebetso ea ho khetha joala e ne e amahanngoa le ho hatelloa ha tlhahiso ea ethylene, e lumellanang le sephetho sa DFT.Ntle le moo, boenjineri ba bofokoli bo bapala karolo ea bohlokoa haholo bakeng sa catalyst ea khabone e se nang tšepe kaha lisebelisoa tsa khabone tse hloekileng ha li sebetse bakeng sa ECR.Li-Dopants tse kang naetrojene le boron li 'nile tsa sebelisoa ho fetola sebopeho sa elektronike sa catalyst e thehiloeng ho carbon (31, 43, 100).Mohlala, filimi ea nitrogen-doped nanodiamond (NDD) ho silicon substrate e ile ea fanoa ke Quan et al.(29) bakeng sa tlhahiso ea acetate e khethiloeng ho tloha ho ECR (setšoantšo sa 7F).Monyetla oa ho qala ha acetate o ne o le tlaase ho -0.36 V ho ea ho RHE ho sebelisa NDD catalyst, 'me FE bakeng sa acetate e ne e feta 75% ho tloha ho -0.8 ho ea -1.0 V khahlanong le RHE.Ho utloisisa tšimoloho ea ntlafatso e tsotehang joalo, li-electrode tsa NDD / Si tse nang le likahare tse fapaneng tsa naetrojene kapa mefuta ea naetrojene li ile tsa lokisoa le ho hlahlojoa (setšoantšo sa 7G).Bangoli ba ile ba etsa qeto ea hore ts'ebetso e phahameng ea NDD / Si catalyst bakeng sa ECR e ka bakoa ke matla a eona a phahameng a ho iphetola ha hydrogen le N doping, moo mefuta ea N-sp3C e neng e sebetsa haholo bakeng sa tlhahiso ea acetate.Lintlha tsa Electrokinetic le in situ infrared spectrum li senotse hore tsela e ka sehloohong ea ho thehoa ha acetate e ka 'na ea e-ba CO2 → *CO2− → *(COO)2 → CH3COO−.Ntle le naetrojene, boron ke heteroatom e 'ngoe e hlahlobiloeng hantle ho laola sebopeho sa elektroniki sa nanodiamond.Leha ho le joalo, boron-doped nanodiamond (BDD) ka ho khetheha e fokolitse CO2 ho formaldehyde kapa formate (101).Ho feta moo, Quan le basebetsi-'moho (102) ba bonts'itse hore boron le nitrogen co-doped nanodiamond (BND) li bonts'itse phello ea synergistic ho ECR, e ka hlolang moeli oa BDD ebe e hlahisa ethanol ka boikhethelo.Li-catalyst tsa BND1, BND2, le BND3 tse nang le litaba tse fapaneng tsa naetrojene le maemo a tšoanang a boron doping a lokisitsoe.Joalokaha ho bontšitsoe setšoantšong sa 7H, khetho e phahameng ka ho fetisisa ea ethanol ho fihlela ho 93% e ka finyelloa ho BND3 catalyst ho -1.0 V khahlanong le RHE, e nang le doping e phahameng ka ho fetisisa ea nitrogen.Palo ea theoretical e bonts'itse hore ts'ebetso ea khokahano ea C─C ho BND e ne e le molemo ka thermodynamically, moo athomo ea boron e khothalelitseng ho ts'oaroa ha CO2 le dopant ea naetrojene e thusitseng hydrogenation ea mahareng ho ea ho ethanol.Le hoja nanodiamond ea heteroatom-doped e ne e khona ho fetola CO2 hore e be li-oksijene tse ngata tse nang le oksijene e nang le khetho e phahameng, mosebetsi oa eona oa ECR o fokotsehile haholo ka lebaka la ts'ebetso ea ho fetisetsa tefiso butle (tekanyo ea hona joale e ka tlase ho 2 mA cm−2).Lisebelisoa tse thehiloeng ho graphene e ka ba tharollo e ka bang teng ho hlola mefokolo ea li-catalyst tse thehiloeng taemane.Ka khopolo, libaka tsa pyridinic N tse moeling oa graphene li nkiloe e le libaka tse sebetsang tsa ho kopanya C─C (103).Sena se bakoa ke taba ea hore ho ba teng ha pyridinic N libakeng tse ka thōko ho ka fetola CO2 hore e be CO, e ka kopanngoang hape ka molek'hule ea C2 + (setšoantšo sa 7I).Mohlala, *C2O2 e mahareng e ka tsitsisoa ka har'a khabone e nang le naetrojene moo liathomo tse peli tsa C li hokahantsoeng le pyridinic N le athomo e haufi ea C, ka ho latellana (103).Polelo ea theory e ile ea netefatsoa ho sebelisoa li-catalysts tsa nitrogen-doped graphene quantum dot (NGQD) (31).Ka mor'a pulverization ea nitrogen-doped graphene sheets (1 ho 3 μm) (Fig. 7J), 1- ho 3-nm NGQDs li ile tsa fumanoa moo ho teteaneng ha pyridinic N libakeng tse ka thōko ho ile ha eketseha ka litaelo tse tharo tsa boholo.Ho -0.78 V khahlano le RHE, boholo ba FE bakeng sa C2+ oksijene e ka fihla ho 26%.Ho phaella moo, joalokaha ho bontšitsoe setšoantšong sa 7K, sekhahla sa hona joale sa C2 + oxygenates se haufi le 40 mA cm-2 ho -0.86 V khahlanong le RHE, e leng e phahameng haholo ho feta ea nanodiamond e fetotsoeng.Ha ho bapisoa, matheba a N-free graphene quantum le N-doped graphene oxide, a bonts'ang sebaka se tlase haholo sa sebaka sa pyridinic N, se hlahisitseng H2, CO, le formate.

(A ho C) Gibbs mahala matla ho tloha ho *C2H3O ho ea ethylene le ethanol bakeng sa koporo, koporo e nang le sekheo, le koporo e nang le sekheo sa koporo le sebabole se ka tlas'a lefatše.(D) Setšoantšo sa moralo oa Cu2S-Cu-V catalyst.(E) FE ea C2 + joala le ethylene, hammoho le tekanyo ea FE ea lino tse tahang ho alkenes.(A) ho ea ho (E) li hlahisoa hape ka tumello ho tsoa ho Nature Publishing Group (43).(F) SEM setšoantšo sa NDD.(G) Litefiso tsa tlhahiso ea acetate le formate ho NDD ka litaba tse fapaneng tsa naetrojene.ho %, atomic%.(F) le (G) li hlahisoa hape ka tumello ho tsoa ho American Chemical Society (29).(H) FEs bakeng sa NDD, BDD, le BNDs ho −1.0 V. E hlahisitsoe hape ka tumello ea John Wiley and Sons (102).(I) Setšoantšo sa moralo oa libaka tse sebetsang tsa ho kopanya C─C ho NGQDs.(I) e hlahisitsoe hape ka tumello e tsoang ho American Chemical Society (103).(J) TEM setšoantšo sa NGQDs.Mehala ea sekhahla, 1 nm.(K) Mathata a nakoana a hona joale bakeng sa lihlahisoa tse fapaneng tse sebelisang li-NGQD.(J) le (K) li hatisitsoe ka tumello e tsoang ho Nature Publishing Group (31).

Ka ntle ho li-electrocatalysts, moralo oa meralo ea li-electrode le catalytic reactor e hlahisa tsela e 'ngoe e sebetsang ea ho matlafatsa ts'ebetso ea ECR, haholo bakeng sa sekhahla sa tlhahiso le ts'ebetso ea matla.Lintlafatso tse kholo li entsoe mabapi le moralo le tlhahiso ea litsamaiso tse ncha tsa motlakase ho fihlela tlhahiso e ntle haholo ea C2+.Karolong ena, re tla tšohla moralo oa ECR electrode / reactor ka botlalo.

Lisele tsa mofuta oa H li sebelisoa haholo litekong tsa lab-scale, ho nahanoa ka kopano ea tsona e bonolo, ts'ebetso e bonolo, le theko e tlase.Lisele li na le likamore tse ikemetseng tsa cathode le anode tse hokahaneng ka lera la ion-exchange (104, 105).Bothata bo ka sehloohong ba sele ena ea mofuta oa H ke ho qhibiliha ha CO2 ka electrolyte e nang le metsi, e leng 0.034 M feela tlas'a maemo a tikoloho, e leng se lebisang ho fokotseng CO2 ho fokotsa likhahla tsa hona joale tsa j <100 mA cm-2 (64).Ho feta moo, litšitiso tse ling tsa ka hare, ho kenyelletsa le sebaka se lekanyelitsoeng sa li-electrode le sebaka se seholo sa interelectrode, li hlōlehile ho finyella litlhoko tse ntseng li hōla tsa lipatlisiso (105, 106).Bakeng sa tlhahiso ea lihlahisoa tsa C2 +, lisele tsa mofuta oa H hangata li bonts'a khetho e tlaase tlas'a maemo a phahameng a holimo, mohlala, 32% bakeng sa ethylene ho -0.98 V khahlanong le RHE (107), 13.1% bakeng sa n-propanol ho -0.9 V khahlanong le RHE (99), le 20.4% bakeng sa ethanol ho −0.46 V vs RHE (108), ka lebaka la phetoho e matla ea hydrogen e nang le tlhōlisano.

E le ho rarolla mathata a ka holimo, ho ile ha etsoa tlhahiso ea hore ho be le mochine oa ho phalla (15, 109).Ka liseleng tse phallang, khase ea CO2 e phallang e ka sebelisoa ka ho toba e le li-feedstock at cathode, kahoo e lebisa ho ntlafatso e kholo ea ho ata ha bongata le tekanyo ea tlhahiso (104, 110).Setšoantšo sa 8A se bonts'a meralo e tloaelehileng ea sele ea phallo, moo polymer electrolyte membrane (PEM) e ileng ea sebetsa e le searohano sa li-electrode tse pakeng tsa likanale tse peli tsa phallo.The catalyst is immobilized on gas diffusion electrode (GDE) hore e sebetse e le cathode electrode, moo gaseous CO2 e feptjoang ka ho toba.Catholyte, e kang 0.5 M KHCO3, e tsoela pele ho phalla ka har'a lesela le tšesaane pakeng tsa electrode ea catalyst le PEM.Ntle le moo, lehlakore la anode hangata le tsamaisoa ka electrolyte ea metsi bakeng sa karabelo ea oksijene (43, 110).Ha li bapisoa le lisele tsa mofuta oa H, lisele tsena tse phallang tse thehiloeng ho membrane li bontša ts'ebetso e phahameng haholo ea ECR.Ka mohlala, Sargent le basebetsi-'moho (43) ba ile ba hlahloba ts'ebetso ea ECR ea Cu2S-Cu-V catalyst ka bobeli ba mofuta oa H-cell le cell flow cell, joalokaha ho bontšitsoe setšoantšong sa 8 (B ho ea ho E).Ho sebelisa lisele tsa mofuta oa H, boholo ba FE bakeng sa lihlahisoa tsa C2 + e ne e le 41% ka kakaretso ea hona joale ea ~ 30 mA cm-2 tlas'a -0.95 V khahlanong le RHE.Leha ho le joalo, FE bakeng sa lihlahisoa tsa C2 + e eketsehile ho 53% ka kakaretso ea hona joale ea sekhahla se fetang 400 mA cm−2 habonolo tlas'a -0.92 V khahlanong le RHE tsamaisong ea phallo.Ntlafatso e kholo joalo ea ts'ebetso e sebelisang mochini oa ho phalla e ka amahanngoa le phallo e ntlafalitsoeng ea CO2 le karabelo e hatelletsoeng ea lehlakore, haholoholo e tsoang ho moaho oa lehae oa khase-electrolyte-catalyst triple-interface.

(A) Setšoantšo sa electrolyzer ea phallo e nang le schematic ea zoomed-in ea sebopeho sa electrode-electrolyte.(A) e hlahisoa hape ka tumello ea John Wiley and Sons (30).(B ho E) Ho bapisa ts'ebetso ea ECR ho sebelisa sele ea mofuta oa H le sele ea phallo.(B) ho ea ho (E) li hlahisoa hape ka tumello ho tsoa ho Nature Publishing Group (43).(F ho ea ho H) Li-electrolyte tse fapaneng tse sebelisoang liseleng tse phallang khahlanong le ts'ebetso ea ECR.(F) ho (H) li hlahisoa hape ka tumello ea John Wiley le Bara (30).(I ho ea ho K) Sebopeho le ts'ebetso ea botsitso ea electrode ea phallo ea khase ea polymer-based.(I) ho ea ho (K) li hlahisoa hape ka tumello ho tsoa ho AAAS (33).

Sele ea lekhalo la zero ke sehlopha se seng se hlahang sa li-electrolyzer, tse tsoelang pele ho tlosa likanale tsa phallo liseleng tsa phallo ebe li hatella li-electrode tse peli hammoho le lera la ion-exchange lipakeng.Tlhophiso ena e ka fokotsa haholo phetisetso ea bongata le ho hanyetsa phetiso ea elektronike mme kahoo ea ntlafatsa ts'ebetso ea matla, e etsa hore e khonehe haholoanyane lits'ebetsong tse sebetsang (110).Li-reactants tse feptjoang ho cathode e ka ba CO2-saturated catholyte kapa CO2 stream e mongobo.Mouoane oa metsi kapa electrolyte e nang le metsi e feptjoa ho anode bakeng sa ho lokolloa ha proton ho lefella tefiso ea mefuta ea phokotso ea CO2 (111).Gutiérrez-Guerra et al.(109) e ile ea lekola ts'ebetso ea Cu-AC hybrid catalyst ka seleng ea zero gap mme e tlaleha hore acetaldehyde ke sehlahisoa se ka sehloohong se nang le khetho e phahameng ea 60%.E le monyetla o mong oa sesebelisoa sena, ho bonolo haholo ho hatella phallo ea reactant le ho ntlafatsa haholo mahloriso a sebaka sa CO2, ka hona ho fella ka likhahla tse kholo tsa hona joale le litekanyetso tse phahameng tsa karabelo (110).Leha ho le joalo, sekhahla se potlakileng sa phapanyetsano ea ion liseleng tsa lekhalo la zero se na le ho etsa hore catholyte e be acid, e fetole karabelo ho ea ho ho iphetola ha H2 ho fapana le phokotso ea CO2 (112).Ho sebetsana le bothata bona, Zhou le basebetsi-'moho (112, 113) ba kentse lesela la "buffer" le nang le electrolyte e potolohang ea metsi pakeng tsa cathode le membrane ho boloka pH e nepahetseng haufi le cathode bakeng sa karabelo ea phokotso ea CO2.Le hoja lihlahisoa tse fapa-fapaneng tsa C2 + li ile tsa fumanoa motheong oa lisele tsa lekhalo la zero, ho akarelletsa le acetone, ethanol, le n-propanol, li-FE li ntse li le tlaase.Lithuto tse ngata tse tlalehiloeng li lula li shebana le lihlahisoa tsa C1 tse kenyelletsang palo e fokolang ea phetisetso ea proton le elektrone nakong ea karabelo ea phokotso.Ka hona, ho khoneha ha sele ea lekhalo la zero bakeng sa lihlahisoa tsa C2 + ho ntse ho phehisana khang (110).

Ho feta moo, lisele tsa microfluidic electrolytic (MECs) ke mofuta oa tlhophiso e ntle ea electrolyzer e ntlafalitsoeng ke Kenis le basebetsi-'moho (39, 114).Sesebelisoa sena, lera le nkeloa sebaka ke sebaka se tšesaane (<1 mm ka botenya) se tletseng molapo o phallang oa electrolyte ho arola anode le cathode.Limolek'hule tsa CO2 li ne li ka hasana ka potlako ho sebopeho sa electrode-electrolyte haufi le cathode, 'me li-GDE tse peli tse tsitsitseng li phunyeletsoa ke electrolyte e phallang.Ha ho bapisoa le lisele tse phallang tse thehiloeng ho membrane, li-MEC ha li qobe litšenyehelo tse phahameng tsa membrane feela empa li boetse li fokotsa taolo ea metsi, haholo-holo e buang ka moroallo oa anode le likhohola tsa cathode ha li sebelisoa ka bongata bo phahameng ba hona joale ka lebaka la ho hula ha osmotic ea limolek'hule tsa metsi. ho tsamaisa proton ho tloha ho anode ho ea ho cathode ho pholletsa le lera (115).Ho ea kamoo re tsebang, ho sa tsotellehe melemo le likatleho tse hlokomelehang, palo e fokolang ea liphuputso e fihletse lihlahisoa tsa C2+ ho MEC ea pele.Mohlomong sena se bakoa ke phello ea "phaphametseng" ea hore li-proton tse entsoeng ka anode li ntšoa habonolo ho tloha sebakeng sa cathode kapa li hlatsuoa ke electrolyte e phallang, ho e-na le ho kenya letsoho ho li-proton tse ngata tse hlokehang karabelo ea sebopeho sa C2 +.Khopolo-taba e ka tiisoa ke mohlala o latelang.Ka 2016, Kenis le basebetsi-'moho (31) ba tlalehile phokotso e atlehileng ea CO2 ho lihlahisoa tsa C2 + ho MEC e fetotsoeng le e nang le membrane, moo NGQDs e ka fokotsang limolek'hule tsa CO2 ho C2 + le 55% FE (31% bakeng sa ethylene, 14% bakeng sa ethanol, 6% bakeng sa acetate, le 4% bakeng sa n-propanol) ka matla a sebelisoang a -0.75 V khahlanong le RHE ho 1 M KOH tharollo.Ke habohlokoa ho bontša hore tikoloho ea electrolyte e ka ama haholo khetho ea lihlahisoa hape.Ka mohlala, Jiao le basebetsi-'moho (30) ba ile ba kopanya Cu catalyst ea nanoporous 'me ba leka ts'ebetso ea eona ea ECR ba sebelisa li-electrolyte tse fapaneng (KHCO3, KOH, K2SO4, le KCl) ho MEC e thehiloeng ho membrane.Ba senoletse hore phokotso ea CO2 ho electrolyte ea alkaline (KOH) e bonts'a khetho e phahameng ka ho fetisisa ea C2 + le boima ba hona joale, joalokaha ho bontšitsoe setšoantšong sa 8 (F le G).Ho −0.67 V khahlano le RHE ho 1 M KOH electrolyte, FE e fumanoeng bakeng sa C2+ e fihla ho 62% ka sekhahla sa hona joale sa 653 mA cm−2, e leng har'a likhahla tse phahameng ka ho fetisisa tse kileng tsa tlalehoa phokotsong ea electrochemical CO2. ho lihlahisoa tsa C2+.Ethylene (38.6%), ethanol (16.6%), le n-propanol (4.5%) ke lihlahisoa tse ka sehloohong tsa C2 + tse nang le acetate e nyenyane.Ba ile ba boela ba bontša hore ho na le kamano e matla pakeng tsa pH e baloang holim'a metsi le FE bakeng sa lihlahisoa tsa C2 +: Ho phahama ha pH ea holim'a metsi, likhahla tse phahameng tsa hona joale le lihlahisoa tsa lihlahisoa tsa C2 +, joalokaha ho bontšitsoe setšoantšong sa 8H.Palo ea khopolo-taba e khothalelitse hore li-ion tsa OH− tse haufi-ufi li ka thusa ka matla ho hokahanya ha C─C (31).

Ntle le tlhophiso ea electrolyzer, electrolyte e sebelisitsoeng ho li-electrolyzer tse fapaneng le eona e ka fetola haholo lihlahisoa tsa ho qetela tsa ECR.Joalokaha re boletse ka holimo, litharollo tsa KOH tse nang le alkaline haholo li lula li sebelisoa liseleng tse phallang tse nang le ts'ebetso e babatsehang ho e-na le lisele tsa mofuta oa H.Sena se bakoa ke taba ea hore electrolyte ea KOH e ka fana ka conductivity e phahameng ea electrolyte, ea fokotsa khanyetso ea ohmic pakeng tsa lesela le tšesaane la electrolyte ho catalyst le electrolyte e ngata, le ho fokotsa matla a mangata a hlokahalang bakeng sa ho thehoa ha C2+ (31).Liphetho tsa DFT li tiisa hape hore boteng ba OH-ion bo ka theola mokoallo oa matla bakeng sa CO dimerization, ka hona ho matlafatsa sebopeho sa C2 + le ho hatella tlholisano ho tsoa ho sebopeho sa C1 le H2 (30, 33).Leha ho le joalo, alkaline KOH e ne e ke ke ea sebelisoa e le electrolyte liseleng tsa mofuta oa H.Lebaka ke hobane melapo ea CO2 e tla arabela ka potlako ka litharollo tsa KOH mme qetellong e thehe tharollo ea bicarbonate e nang le pH e sa nke lehlakore liseleng tsa mofuta oa H (30).Leha ho le joalo, ka lisele tse phallang, hang ha CO2 e hasana ka GDE, limolek'hule tsa CO2 li tla jeoa karolong e meraro ea moeli (CO2-catalyst-electrolyte) ho theha lihlahisoa tse fokolitsoeng hang-hang.Ntle le moo, bofokoli bo fokolang ba electrolyte bo khona ho eketsa ka potlako pH ho pota-potile eleketrode tlhophisong ea electrolyzer e emeng, athe electrolyte e phallang e tla khatholla bokaholimo le ho fokotsa ho feto-fetoha ha pH ho electrolyte (33, 116).

Joalo ka ha ho boletsoe pejana hore ECR ke karabelo e laoloang ke karohano, khatello e phahameng ea karabelo le eona e ka ntlafatsa haholo mahloriso a bongata le sebopeho sa CO2.Li-reactors tse tloaelehileng tse nang le khatello e phahameng li tšoana le autoclave ea tšepe e sa hloekang, moo khatello e phahameng ea CO2 (ho fihla ho 60 atm) e ka kenngoa ka seleng, e leng se lebisang keketsehong e tsotehang ho FE le boima ba hona joale ba C2+ (117). , 118).Sakata le basebetsi-'moho (119) ba bonts'itse hore boima ba hona joale bo ka ntlafatsoa ho 163 mA cm−2 tlas'a 30 atm ka Cu electrode e ethylene e le sehlahisoa se seholo.Li-catalysts tse ngata tsa tšepe (mohlala, Fe, Co, le Ni), tse se nang ts'ebetso bakeng sa tlhahiso ea C2 + ka khatello ea tikoloho, li ka fokotsa CO2 ho ethylene, ethane, propane, le lihlahisoa tse ling tsa C2 + tse phahameng ka khatello e phahameng.Ho bontšitsoe hore khetho ea lihlahisoa e itšetlehile haholo ka khatello ea CO2 ka mokhoa oa ho fetola ho fumaneha ha CO2 sebakeng sa electrode (117, 120).Lihlahisoa tse ka sehloohong tse fokolitsoeng li fetoloa ho tloha ho H2 ho ea ho li-hydrocarbons (C2 + e kenyelelitsoe) 'me qetellong ho CO / HCOOH ka khatello e eketsehileng ea CO2.Ka ho hlakileng, khatello ea CO2 e lokela ho behoa leihlo ka hloko hobane likhatello tse feteletseng tse phahameng kapa tse tlaase tsa CO2 li ka baka sekhahla sa phallo ea CO2 e feteletseng kapa e fokolang, e atisang ho rata tlhahiso ea CO/HCOOH kapa H2.Ke palo e lumellanang feela ea CO le sets'oants'o sa hajoale se hlahisitsoeng holim'a elektrode se ka nolofatsang karabelo ea khokahano ea C─C le ho ntlafatsa khetho ea sehlahisoa sa C2+ (119).

Ho rala eleketrode e ncha e nang le meaho e tsoetseng pele ke tataiso e 'ngoe ea bohlokoa ea ho ntlafatsa tlhahiso e khethiloeng ea C2+.Qalong, li-electrode tse sebetsang ke li-foil tsa tšepe tse sa sebetseng 'me li na le bothata ba ho fetisa boima bo bobebe (26, 105).Ka lebaka leo, GDE e ile ea etsoa tlhahiso ea ho fokotsa ts'ebetso e mpe ea lisele ka ho fana ka liteishene tsa hydrophobic tse thusang ho ata ha CO2 ho likaroloana tsa catalyst (121).GDE e tloaelehileng hangata e na le lera la catalyst (CL) le lera la phallo ea khase (GDL), joalokaha ho bontšitsoe karolong e ka tlaase ea setšoantšo sa 8A (30, 33).Sebopeho sa khase-mokelikeli-catalyst se entsoeng ho GDE se bohlokoa ho ntlafatsa ts'ebetso ea lisele.GDL e kopantsoeng le lisebelisoa tsa porous (hangata pampiri ea carbon) e ka fana ka litsela tse ngata tsa CO2 le ho netefatsa sekhahla sa phallo ea electrolyte e potlakileng.E boetse e sebetsa e le mokhoa o fokolang oa lipalangoang oa lipalangoang bakeng sa li-proton, li-electrone, le lihlahisoa tse fokotsang ho tloha ho CL ho ea ho electrolyte (121).Ho lahla, ho roala moea, le electrodeposition ke mekhoa e tloaelehileng ea ho lokisa li-GDEs (122).Li-Catalysts tse kopantsoeng le li-GDE li 'nile tsa batlisisoa ka matla ho CO2 electroreduction ho lihlahisoa tsa C2+.Haholo-holo, lisele tse phallang tse boletsoeng ka holimo tse nang le ts'ebetso e ntle kaofela li kopantsoe le li-GDE.Ho tloha ka 1990, Sammells le basebetsi-'moho (123) ba tlaleha hore Cu-coated GDEs e fihletse FE e phahameng ea 53% bakeng sa ethylene e nang le boima bo phahameng ba 667 mA cm−2.Ho ntlafatsa khetho ea ethylene le ethanol ke phephetso e kholo eo kamehla e hlahisoang ka li-catalysts tse thehiloeng ho Cu ka lebaka la litsela tsa tsona tse tšoanang tsa mechine.Ho feta moo, ke habohlokoa ho bontša hore tlhahiso e phahameng le khetho ea ethylene ha e bapisoa le ethanol e hlokometsoe ho Cu-based GDE (25, 36).Gewirth le basebetsi-'moho (36) ba bontšitse FE e babatsehang ea 60% bakeng sa ethylene le FE e hatelitsoeng bakeng sa ethanol ea 25% ho Cu-Ag GDE ea electrodeposited, ha kakaretso ea hona joale e fihla ~ 300 mA cm−2 ho −0.7 V khahlano le RHE.Ke mosebetsi o sa tloaelehang o fihletseng khetho e phahameng joalo ka bongata bo boholo ba hona joale.Sephetho sena se fana ka maikutlo a hore elektrode e kenyellelitsoeng GDE e fana ka mokhoa o ts'episang oa ho lokisa litsela tsa karabelo, moo khetho ea lihlahisoa tse fokolitsoeng e ka fumanoang maemong a phahameng a hajoale.

Ho tsitsa ha li-GDE le hona ke taba ea bohlokoa e lokelang ho rarolloa hobane ts'ebetso e tsitsitseng ea nako e telele e bohlokoa ho phethahatsa ts'ebeliso e sebetsang ea lisele tse phallang.Ho sa tsotellehe ts'ebetso e hlaheletseng ea CO2-to-C2 + e fihletsoeng ka li-GDE, botsitso bo ntse bo fokola ka lebaka la ho khomarela ho fokolang ha mochine oa catalyst, GDL, le li-binder layers (77, 124).Sebaka sa carbon sa GDL se ka 'na sa fetoha ho tloha ho hydrophobic ho ea ho hydrophilic nakong ea karabelo ea electrochemical ka lebaka la karabelo ea oxidation e etsahetseng ka matla a holimo, a lebisang ho moroallo oa GDL le litsela tse sitisang tsa CO2 (33).Ho rarolla bothata bona, bafuputsi ba ile ba kopanya hydrophobic scaffold ea polytetrafluoroethylene (PTFE) ho li-GDE.Ha ho bapisoa le hydrophilic Nafion, hydrophobic PTFE layer e fana ka botsitso bo phahameng ba nako e telele (33).Sargent le basebetsi-'moho (33) ba ile ba bokella Cu catalyst pakeng tsa PTFE e arohaneng le carbon NPs, moo hydrophobic PTFE layer e neng e ka thibela li-NPs le likarolo tsa graphite, kahoo ho haha ​​​​sebopeho se tsitsitseng sa electrode (Fig. 8, I le J).Ka lebaka leo, FE bakeng sa tlhahiso ea ethylene e ile ea eketseha ho ea ho 70% ka tharollo ea 7 M KOH maemong a hona joale a 75 ho 100 mA cm−2.Nako ea bophelo ea mochine ona oa phallo e ile ea atolosoa ho feta lihora tsa 150 ka tahlehelo e ke keng ea lekanngoa ho khetho ea ethylene, e leng nako e telele ea 300 ho feta li-GDE tsa setso, joalokaha ho bontšitsoe setšoantšong sa 8K.Sebopeho se joalo sa sandwich se bontšitsoe e le moralo o motle oa GDE.Ka mohlala, Cui le basebetsi-'moho (124) ba ile ba etsa moralo oa trilayer o nang le lesela le sebetsang la electrode le phunyeletsoeng ke lifilimi tse peli tsa hydrophobic nanoporous polyethylene.Likarolo tse ka ntle tsa hydrophobic li ka liehisa phallo ea electrolyte ho tsoa tharollong e ngata, e lebisang ho pH e tsitsitseng, e phahameng ea lehae ho potoloha electrode e sebetsang.Ntlafatso ea sebaka sa li-interlayer, tse ka ntlafatsang lipalangoang tsa CO2 le adsorption, hape ke tsa bohlokoa moralong o joalo (124).Haufinyane tjena, carbon nanotubes le tsona li kenyelelitsoe ho GDEs ka lebaka la porosity ea tsona e phahameng, conductivity e ntle, le hydrophobicity, e ka nolofalletsang lipalangoang tsa elektronike le boima (77).

Leha ho bile le khatelo-pele e thabisang ho ECR, maano a ho hlahisa lihlahisoa tse theko e tlase, tse kholo tsa C2 + ha a fumanehe hangata (125).Mothating ona, liqholotso le menyetla li ts'oana ho utloisisa mekhoa ea karabelo ea ECR le ho rekisa theknoloji ena e ts'episang.

Joalo ka tharollo e ntle ea ho koala loop ea khabone le ho boloka matla a ka nchafatsoang, joalo ka moea le letsatsi, tsoelo-pele e kholo e entsoe ho fihlela phetoho e sebetsang ea CO2 lilemong tse mashome tse fetileng.Leha kutloisiso ea lits'ebetso tse amanang le ECR e tsamaile hole ho tloha matsatsing a eona a pele (126), khokahano ea C─C ka ECR e lebisang lihlahisoa tsa C2 + e ntse e le hole hore e sebelisoe.Tlhahlobisong ena, re ile ra shebisisa ka botlalo maano a hajoale a ka khothaletsang khetho le sekhahla sa tlhahiso ea lihlahisoa tsa C2 + ka ECR, ho kenyelletsa le tokiso e ntle ea li-catalyst, liphello tsa electrolyte, maemo a electrochemical, le electrochemical electrode / reactor design.

Ho sa tsotellehe boiteko bohle bo entsoeng ho ECR, ho ntse ho e-na le mathata a mangata ka li-catalysts le tsamaiso ea ECR e lokelang ho rarolloa pele ho rekisoa ECR.Ntlha ea pele, e le mohloli o ka sehloohong oa ho kopanya C─C ka katleho, Cu e na le mathata a tebileng a botsitso, haholo-holo ka electrolyte e nang le metsi, 'me e ka phela ka seoelo lihora tse 100 ka lebaka la ho tsamaea ha athomo e phahameng, ho bokellana ha likaroloana, le ho senyeha ha sebopeho tlas'a maemo a ECR.Kahoo, mokhoa oa ho fumana botsitso ba nako e telele u sebelisa Cu-based catalyst e ntse e le phephetso e bulehileng.Ho tiisa "Cu-based catalyst" ho ts'ehetso e khethehileng ka tšebelisano e matla e ka 'na ea e-ba leano le ka tšeptjoang la ho boloka sebopeho sa catalyst/morphology, kahoo ho fana ka nako ea bophelo e ntlafetseng.Ho feta moo, ho sebelisa electrolyte ea polymer membrane ho nkela tharollo ea metsi nakong ea ECR mohlomong ho ka ntlafatsa ho feta botsitso ba catalyst e thehiloeng ho Cu.Ho phaella moo, ho ea ka pono ea li-catalysts, mekhoa ea ho khetholla li-in situ / in operando charactering le mokhoa oa theory o lokela ho sebelisoa hape ho shebella le ho utloisisa ho senyeha ha ts'ebetso ea catalyst, ka hona, ho hatella ho senyeha le chefo ea li-catalyst ho ea boemong bo tlaase ka ho fetisisa.Taba e 'ngoe ea bohlokoa ea li-catalyst tsa ECR e lokelang ho rarolloa ke ho etsa hore protocol ea synthesis e sebetse bakeng sa tlhahiso ea bongata.Ho fihlela sena, ho ntlafala ha mekhoa ea maiketsetso ho sebelisoa li-feedstocks tse fumanehang hohle.

Ea bobeli, C2+ e entsoeng ka oksijene e tsoang ho ECR hangata e kopantsoe le solutes (mohlala, KHCO3 le KOH) ka har'a electrolyte bakeng sa H- kapa li-flow-cell reactors tse tloaelehileng, tseo, leha ho le joalo, li hlokang karohano e eketsehileng le mekhoa ea mahloriso ho fumana tharollo ea mafura a metsi a hloekileng. lisebelisoa tse sebetsang.Ka nako e ts'oanang, li-hydrocarbons tsa C2 + tse tsoetseng pele li boetse li kopantsoe le H2 le CO2 e setseng.Kahoo, ts'ebetso ea karohano e theko e boima ke ea bohlokoa bakeng sa theknoloji ea morao-rao ea ECR, e thibelang ECR ho feta ts'ebetsong e sebetsang.Ka hona, mokhoa oa ho hlahisa litharollo tsa mafura a metsi a hloekileng ka kotloloho le ka mokhoa o tsoelang pele le li-hydrocarbon tse hloekileng tsa khase, haholo-holo tse nang le lihlahisoa tse ngata, li lakatseha haholo bakeng sa ho tsamaisoa ha ECR.Ka hona re bolela esale pele bohlokoa bo ntseng bo eketseha ba tlhahiso e tobileng ea lihlahisoa tse hloekileng ka ECR haufinyane, e ka nkang theknoloji ea ECR haufi le 'maraka (127).

Ntlha ea boraro, ha ho thehoa ha likamano tsa C─O le C─H, tse kang ethanol, acetic acid, le ethylene, theknoloji ea ECR e ithutoe haholo, ho hlahlojoa ha mefuta e meng ea lihlahisoa le hona ho bohlokoa bakeng sa theknoloji ea ECR le ho bontša thahasello ea moruo.Ka mohlala, haufinyane tjena, Han le basebetsi-'moho (128) ba tlaleha tlhahiso ea 2-bromoethnol ke ECR.The in situ formation of C─Br bond e fetola sehlahisoa ho tloha ho ethanol ho ea ho 2-bromoethnol, e leng mohaho oa bohlokoa oa motsoako oa lik'hemik'hale le oa meriana 'me o bontša boleng bo phahameng bo ekelitsoeng.Kahoo, ka nģ'ane ho lihlahisoa tsa C2 + tse ithutoang hantle, re lumela hore ho lebisa tlhokomelo ea lihlahisoa tse ling tse sa tloaelehang tse kang oxalic acid (129) le motsoako oa limolek'hule tse rarahaneng tsa C2 + tse kang metsoako ea cyclic ke tsela e 'ngoe e tšepisang bakeng sa lipatlisiso tsa nakong e tlang tsa ECR.

Qetellong, meralo ea li-electrode le li-reactor tse kang GDE e sa keneleng metsi, lisele tsa phallo ea metsi, le sele ea PEM li lokela ho amoheloa ka bophara ho nyolla sekhahla sa tlhahiso ea ECR ho isa boemong ba khoebo (> 200 mA cm−2).Leha ho le joalo, phapang e kholo mosebetsing oa electrocatalytic e lula e hlokomeloa ha li-electrocatalyst li sebelisoa tekong e feletseng ea lisele.Ka hona, lithuto tse hlophisehileng haholoanyane li lokela ho etsoa ho fokotsa lekhalo lipakeng tsa lithuto tsa halofo ea lisele le ts'ebeliso ea sesebelisoa sa sele e felletseng ho tlisa ECR ho tsoa tekong ea lab ho ea ts'ebelisong e sebetsang.

Ka kakaretso, phokotso ea electrochemical CO2 e fana ka monyetla o motle oa hore re sebetsane le taba ea tikoloho ho tloha likhase tse futhumatsang lefatše tse hlahisoang ke mesebetsi ea batho.E boetse e bonts'a monyetla oa ho fumana mafura le lik'hemik'hale tse hloekileng ka ho sebelisa matla a ka nchafatsoang.Le hoja mathata a mangata a ntse a le teng bakeng sa theknoloji ea ECR sethaleng sa hona joale, haholo-holo bakeng sa ts'ebetso ea ho kopanya C─C, ho lumeloa hore ka lipatlisiso tse tsoelang pele le nts'etsopele ea ts'ebetso ea ts'ebetso le phetheho ea lisele, pono ea motlakase oa lefats'e oa CO2 bakeng sa mafura a hloekileng. 'me lik'hemik'hale li tla phethahala haufinyane.

Ena ke sengoloa se fumanehang habonolo se abuoang tlas'a lipehelo tsa laesense ea Creative Commons Attribution-NonCommercial, e lumellang ts'ebeliso, kabo, le ho ikatisa ka mokhoa ofe kapa ofe, ha feela sephetho e se molemong oa khoebo mme ha feela mosebetsi oa mantlha o nepahetse. qotsitsoe.

ELA HLOKO: Re kopa feela aterese ea hau ea lengolo-tsoibila hore motho eo u mo buellang leqephe a tsebe hore u ne u batla hore a le bone, le hore ha se mangolo-tsoibila a se nang thuso.Ha re nke aterese efe kapa efe ea lengolo-tsoibila.

© 2020 Mokhatlo oa Amerika oa Ntlafatso ea Mahlale.Litokelo tsohle li sirelelitsoe.AAAS ke molekane oa HINARI, AGORA, OARE, CHORUS, CLOCKSS, CrossRef le COUNTER.Science Advances ISSN 2375-2548.