പാരിസ്ഥിതിക ആശങ്കകളുടെയും ഊർജ്ജ സംക്രമണത്തിൻ്റെയും വെളിച്ചത്തിൽ, പുനരുപയോഗിക്കാവുന്ന വൈദ്യുതി ഉപയോഗിച്ച് മൂല്യവർദ്ധിത മൾട്ടികാർബൺ (C2+) ഇന്ധനങ്ങളിലേക്കും രാസവസ്തുക്കളിലേക്കും ഇലക്ട്രോകെമിക്കൽ CO2 കുറയ്ക്കൽ (ECR), അധിക സാമ്പത്തിക നേട്ടങ്ങളോടെ കാർബൺ ചക്രം അവസാനിപ്പിക്കുന്നതിനുള്ള ഒരു സുന്ദരമായ ദീർഘകാല പരിഹാരം അവതരിപ്പിക്കുന്നു.എന്നിരുന്നാലും, കുറഞ്ഞ സെലക്റ്റിവിറ്റി, പ്രവർത്തനം, സ്ഥിരത എന്നിവ കാരണം ജലീയ ഇലക്ട്രോലൈറ്റുകളിലെ ഇലക്ട്രോകാറ്റലിറ്റിക് C─C കപ്ലിംഗ് ഇപ്പോഴും ഒരു തുറന്ന വെല്ലുവിളിയാണ്.കാറ്റലിസ്റ്റുകളുടെയും റിയാക്ടറുകളുടെയും രൂപകൽപ്പന ആ വെല്ലുവിളികളെ അഭിമുഖീകരിക്കുന്നതിനുള്ള താക്കോൽ വഹിക്കുന്നു.ഇലക്‌ട്രോകാറ്റലിസ്റ്റുകളിലും ഇലക്‌ട്രോകാറ്റലിറ്റിക് ഇലക്‌ട്രോഡ്/റിയാക്ടർ ഡിസൈനിലുമുള്ള തന്ത്രങ്ങൾക്കും അവയുടെ അനുബന്ധ സംവിധാനങ്ങൾക്കും ഊന്നൽ നൽകി, ECR വഴി കാര്യക്ഷമമായ C─C കപ്ലിംഗ് എങ്ങനെ നേടാം എന്നതിലെ സമീപകാല പുരോഗതി ഞങ്ങൾ സംഗ്രഹിക്കുന്നു.കൂടാതെ, C2+ ഉൽപ്പന്ന ഉൽപ്പാദനത്തിനുള്ള നിലവിലെ തടസ്സങ്ങളും ഭാവി അവസരങ്ങളും ചർച്ചചെയ്യുന്നു.അടിസ്ഥാനപരമായ ധാരണയിലും സാങ്കേതിക പ്രയോഗങ്ങളിലും കൂടുതൽ വികസനത്തിനും പ്രചോദനത്തിനുമായി സമൂഹത്തിന് അത്യാധുനിക C─C കപ്ലിംഗ് തന്ത്രങ്ങളുടെ വിശദമായ അവലോകനം നൽകാൻ ഞങ്ങൾ ലക്ഷ്യമിടുന്നു.

അന്തരീക്ഷത്തിലേക്ക് കാർബൺ ഡൈ ഓക്സൈഡിൻ്റെ (CO2) അമിതമായ പ്രകാശനം ഗുരുതരമായ പാരിസ്ഥിതിക പ്രത്യാഘാതങ്ങൾക്ക് കാരണമായി, കൂടാതെ മനുഷ്യ സമൂഹങ്ങൾക്ക് അടിയന്തിരവും മാറ്റാനാകാത്തതുമായ ഭീഷണിയും അവതരിപ്പിക്കുന്നു (1, 2).അന്തരീക്ഷത്തിലെ CO2 സാന്ദ്രത 1800-കളുടെ തുടക്കത്തിൽ 270 ppm (പാർട്ട്‌സ് പെർ മില്യൺ) എന്നതിൽ നിന്ന് 2015 ജൂലൈയിൽ 401.3 ppm ആയി കുത്തനെ വർധിച്ചതിനാൽ, മനുഷ്യ പ്രവർത്തനങ്ങൾ പുറന്തള്ളുന്ന കാർബൺ കാൽപ്പാടുകൾ പുനരുപയോഗം ചെയ്യുന്നതിനെക്കുറിച്ച് ലോകമെമ്പാടും സമവായത്തിലെത്തി (3, 4).കാർബൺ കാൽപ്പാടിൻ്റെ ക്ലോസ് ലൂപ്പ് സാക്ഷാത്കരിക്കുന്നതിന്, നിലവിലുള്ള ഊർജ്ജത്തിൻ്റെയും രാസ വ്യവസായങ്ങളുടെയും ആശ്രിതത്വം ഫോസിൽ ഇന്ധനങ്ങളിൽ നിന്ന് മാറ്റി സൗരോർജ്ജം, കാറ്റ് എന്നിവ പോലുള്ള പുനരുപയോഗ സ്രോതസ്സുകളിലേക്ക് മാറ്റുക എന്നതാണ് ഒരു സാധ്യതയുള്ള സമീപനം (5-8).എന്നിരുന്നാലും, പുനരുൽപ്പാദിപ്പിക്കാവുന്ന സ്രോതസ്സുകളിൽ നിന്നുള്ള ഊർജ്ജത്തിൻ്റെ അംശം അവയുടെ ഇടയ്ക്കിടെയുള്ള സ്വഭാവം കാരണം 30% മാത്രമായി പരിമിതപ്പെടുത്തിയിരിക്കുന്നു, വലിയ തോതിലുള്ള ഊർജ്ജ സംഭരണത്തിനുള്ള സമീപനങ്ങൾ ലഭ്യമായില്ലെങ്കിൽ (9).അതിനാൽ, ഒരു ബദലായി, പവർ പ്ലാൻ്റുകൾ പോലുള്ള പോയിൻ്റ് സ്രോതസ്സുകളിൽ നിന്ന് CO2 പിടിച്ചെടുക്കൽ, തുടർന്ന് രാസവസ്തുക്കൾ, ഇന്ധനങ്ങൾ എന്നിവയിലേക്ക് പരിവർത്തനം ചെയ്യുന്നത് കൂടുതൽ പ്രായോഗികമാണ് (9-12).പുനരുൽപ്പാദിപ്പിക്കാവുന്ന വൈദ്യുതി ഉപയോഗിച്ചുള്ള ഇലക്ട്രോകാറ്റലിറ്റിക് CO2 റിഡക്ഷൻ (ECR) പരിവർത്തനങ്ങൾക്ക് ആവശ്യമായ സൗമ്യമായ പ്രവർത്തന സാഹചര്യങ്ങൾ കാരണം മനോഹരമായ ഒരു ദീർഘകാല പരിഹാരത്തെ പ്രതിനിധീകരിക്കുന്നു, അതിൽ മൂല്യവർദ്ധിത ഉൽപ്പന്നങ്ങൾ തിരഞ്ഞെടുത്ത് ഉൽപ്പാദിപ്പിക്കാം (13).ചിത്രം 1-ൽ ചിത്രീകരിച്ചിരിക്കുന്നതുപോലെ, ഈ പ്രക്രിയയിൽ, ഇലക്ട്രോകെമിക്കൽ ഇലക്ട്രോലൈസർ CO2-നെയും ജലത്തെയും രാസവസ്തുക്കളായും പുനരുപയോഗിക്കാവുന്ന വൈദ്യുതി ഉപയോഗിച്ച് പ്രവർത്തിക്കുന്ന ഇന്ധനമായും മാറ്റുന്നു.തത്ഫലമായുണ്ടാകുന്ന ഇന്ധനം ദീർഘകാല സംഭരണത്തിന് പ്രാപ്തമാണ്, കൂടാതെ വിതരണം ചെയ്യാനോ ഉപയോഗിക്കാനോ കഴിയും, CO2 പ്രധാന മാലിന്യമായി നൽകുന്നു, അത് പിടിച്ചെടുക്കുകയും ലൂപ്പ് അടയ്ക്കുന്നതിന് റിയാക്ടറിലേക്ക് തിരികെ നൽകുകയും ചെയ്യും.മാത്രമല്ല, ECR-ൽ നിന്നുള്ള ചെറിയ-തന്മാത്ര രാസവസ്തുക്കൾ [ഉദാഹരണത്തിന്, കാർബൺ മോണോക്സൈഡ് (CO), ഫോർമാറ്റ്] കൂടുതൽ സങ്കീർണ്ണമായ രാസ സമന്വയത്തിനുള്ള അസംസ്കൃത വസ്തുക്കളായി ഉപയോഗിക്കാം.

സൗരോർജ്ജം, കാറ്റ്, ജലം തുടങ്ങിയ പുനരുപയോഗ ഊർജ്ജ സ്രോതസ്സുകളാൽ പ്രവർത്തിക്കുന്ന അടച്ച കാർബൺ സൈക്കിൾ ഉപയോഗിച്ച് ECR-ൽ നിന്ന് ഇന്ധനങ്ങളും രാസവസ്തുക്കളും നേടാനാകും.ഉയർന്ന ഊർജ്ജ സാന്ദ്രതയുള്ള മൂല്യവർദ്ധിത C2+ ഉൽപ്പന്നങ്ങളാക്കി CO2 പരിവർത്തനം ചെയ്യുന്നതിനുള്ള സെലക്റ്റിവിറ്റി, പ്രവർത്തനം, കാര്യക്ഷമത എന്നിവ പ്രോത്സാഹിപ്പിക്കുന്നതിന് സെൽ എഞ്ചിനീയറിംഗും കാറ്റലിസ്റ്റ് എഞ്ചിനീയറിംഗും പ്രധാന പങ്ക് വഹിക്കുന്നു.

എന്നിരുന്നാലും, CO2 ശക്തമായ C═O ബോണ്ടുള്ള (750 kJ mol−1) (14) വളരെ സ്ഥിരതയുള്ള ഒരു രേഖീയ തന്മാത്രയാണ്, ഇത് ഇലക്ട്രോകെമിക്കൽ പരിവർത്തനത്തിന് ബുദ്ധിമുട്ടാണ്.അതിനാൽ, ഇതിന് ഉയർന്ന ആക്ടിവേഷൻ തടസ്സം ആവശ്യമാണ്, ഇത് ഗണ്യമായ ഓവർപോട്ടൻഷ്യലുകളിലേക്ക് നയിക്കുന്നു (15).കൂടാതെ, ഒരു ജലീയ ഇലക്ട്രോലൈറ്റിലെ ECR-ൽ മൾട്ടി-ഇലക്ട്രോൺ/പ്രോട്ടോൺ ട്രാൻസ്ഫർ പ്രക്രിയകൾ ഉൾപ്പെടുന്നു, കൂടാതെ സാധ്യമായ നിരവധി പ്രതിപ്രവർത്തന ഇൻ്റർമീഡിയറ്റുകളും ഉൽപ്പന്നങ്ങളും (16-18) അത് വളരെ സങ്കീർണ്ണമാക്കുന്നു.CO, മീഥെയ്ൻ (CH4), മെഥനോൾ (CH3OH), ഫോർമിക് ആസിഡ് (HCOOH), എഥിലീൻ (C2H4), എത്തനോൾ (CH3CH2OH) എന്നിവയുൾപ്പെടെയുള്ള പ്രധാന ECR ഉൽപ്പന്നങ്ങളുടെ പകുതി ഇലക്ട്രോകെമിക്കൽ തെർമോഡൈനാമിക് പ്രതിപ്രവർത്തനങ്ങളെ പട്ടിക 1 സംഗ്രഹിക്കുന്നു. അനുബന്ധ സ്റ്റാൻഡേർഡ് റെഡോക്സ് പൊട്ടൻഷ്യലുകൾ (19).പൊതുവേ, ഒരു ECR പ്രക്രിയയിൽ, CO2 തന്മാത്രകൾ ആദ്യം ആഗിരണം ചെയ്യപ്പെടുകയും ഉൽപ്രേരക പ്രതലത്തിലെ ആറ്റങ്ങളുമായി ഇടപഴകുകയും *CO2− രൂപപ്പെടുകയും ചെയ്യുന്നു, തുടർന്ന് വിവിധ അന്തിമ ഉൽപ്പന്നങ്ങളിലേക്ക് പ്രോട്ടോണുകളുടെയും/അല്ലെങ്കിൽ ഇലക്ട്രോണുകളുടെയും ഘട്ടം ഘട്ടമായുള്ള കൈമാറ്റം നടക്കുന്നു.ഉദാഹരണത്തിന്, CH4 ഇനിപ്പറയുന്ന പാതകളിലൂടെ രൂപപ്പെടുമെന്ന് വിശ്വസിക്കപ്പെടുന്നു: CO2 → *COOH → *CO → *CHO → *CH2O → *CH3O → CH4 + *O → CH4 + *OH → CH4 + H2O (20).

റിപ്പോർട്ട് ചെയ്ത ECR ഇലക്‌ട്രോകാറ്റലിസ്റ്റുകൾക്കായി വ്യത്യസ്ത ഉൽപ്പാദന നിരക്കുകൾക്ക് (നിലവിലെ സാന്ദ്രത) കീഴിലുള്ള ഫാരഡായിക് കാര്യക്ഷമത (FE) ചിത്രം 2A സംഗ്രഹിക്കുന്നു, ഇത് പ്രതികരണത്തിൻ്റെ ഉൽപ്പന്ന സെലക്റ്റിവിറ്റിയെ പ്രതിനിധീകരിക്കുന്നു (21-43).അത്യാധുനിക ഇലക്‌ട്രോകാറ്റലിസ്റ്റുകൾക്ക് ഉയർന്ന ഉൽപ്പാദന നിരക്കിൽ 95% FE ഉള്ള C1 ഉൽപന്നങ്ങളാക്കി (CO അല്ലെങ്കിൽ ഫോർമാറ്റ്) CO2 രൂപാന്തരപ്പെടുത്താൻ കഴിയും (>20 mA cm−2 H- ടൈപ്പ് സെല്ലിനും >100 mA cm− ഫ്ലോ സെല്ലിന് 2) (9, 21, 22, 25, 28, 44, 45), ലഭ്യമായ കൂടുതൽ മൾട്ടികാർബൺ (C2+) രാസവസ്തുക്കളുടെ ഉയർന്ന സെലക്ടീവ് (>90%) കാര്യക്ഷമമായ ഉൽപ്പാദനം ഇതുവരെ തിരിച്ചറിഞ്ഞിട്ടില്ല.C2+ ഉൽപ്പന്നങ്ങളുമായി ബന്ധിപ്പിക്കുന്നതിന് ഉപരിതലത്തിലേക്ക് നിരവധി CO2 തന്മാത്രകളുടെ വരവും ആഗിരണം ചെയ്യലും, ഘട്ടം ഘട്ടമായുള്ള പരിവർത്തനം, സ്പേഷ്യൽ പൊസിഷനിംഗ് (13) എന്നിവ ആവശ്യമാണ് എന്നതാണ് ഇതിന് കാരണം.വ്യക്തമായി പറഞ്ഞാൽ, ചിത്രം 2B-ൽ കാണിച്ചിരിക്കുന്നതുപോലെ, *CO ഇൻ്റർമീഡിയറ്റുകളുടെ തുടർന്നുള്ള പ്രതികരണങ്ങൾ ECR-ൻ്റെ അന്തിമ C2+ ഉൽപ്പന്നങ്ങളെ നിർണ്ണയിക്കുന്നു.പൊതുവേ, C2H6, CH3COO− എന്നിവ ഒരേ *CH2 ഇൻ്റർമീഡിയറ്റ് പങ്കിടുന്നു, ഇത് *CO യുടെ പ്രോട്ടോൺ-കപ്പിൾഡ് ഇലക്ട്രോൺ ട്രാൻസ്ഫർ ഘട്ടങ്ങളിൽ നിന്ന് ജനറേറ്റുചെയ്യുന്നു.*CH2 ൻ്റെ കൂടുതൽ പ്രോട്ടോണേഷൻ *CH3 ഇൻ്റർമീഡിയറ്റ് നൽകുന്നു, ഇത് *CH3 ഡൈമറൈസേഷൻ വഴി C2H6 രൂപപ്പെടുന്നതിലേക്ക് നയിക്കുന്നു.C2H6 ജനറേഷനിൽ നിന്ന് വ്യത്യസ്തമായി, CH3COO− രൂപപ്പെടുന്നത് *CH2 ലേക്ക് CO ചേർക്കുന്നതിലൂടെയാണ്.C2H4, CH3CH2OH, n-propanol (n-C3H7OH) രൂപീകരണത്തിനായുള്ള നിരക്ക് നിർണ്ണയിക്കുന്ന ഘട്ടമാണ് *CO ഡൈമറൈസേഷൻ.ഇലക്ട്രോൺ കൈമാറ്റത്തിൻ്റെയും പ്രോട്ടോണേഷൻ ഘട്ടങ്ങളുടെയും ഒരു പരമ്പരയ്ക്ക് ശേഷം, *CO─CO ഡൈമർ *CH2CHO ഇൻ്റർമീഡിയറ്റ് രൂപീകരിക്കുന്നു, ഇത് C2H4, C2H5OH എന്നിവയ്‌ക്കുള്ള സെലക്‌ടിവിറ്റി നിർണ്ണയിക്കുന്ന ഘട്ടമായി വർത്തിക്കുന്നു.കൂടാതെ, *CH2CHO ലേക്ക് C2H4 ആയി കുറയ്ക്കുന്നത് *CH3CHO ലേക്ക് C2H5OH (46) ആയി പരിവർത്തനം ചെയ്യുന്നതിനേക്കാൾ കുറഞ്ഞ ഊർജ്ജ തടസ്സമാണെന്ന് കണ്ടെത്തി, ഇത് മിക്ക കോപ്പർ കാറ്റലിസ്റ്റുകളിലും C2H5OH-നേക്കാൾ C2H4-നുള്ള ഉയർന്ന FE വിശദീകരിക്കാം.കൂടാതെ, സ്ഥിരതയുള്ള C2 ഇൻ്റർമീഡിയറ്റുകൾക്ക് CO ഉൾപ്പെടുത്തൽ വഴി n-C3H7OH-ലേക്ക് കൈമാറാൻ കഴിയും.C2+ കെമിക്കൽ രൂപീകരണ സമയത്ത് സങ്കീർണ്ണവും അനിയന്ത്രിതവുമായ പ്രതികരണ പാതകൾ പ്രധാനമായും പ്രോട്ടോണേഷൻ സൈറ്റുകളിലേക്കുള്ള നിരവധി ക്രമമാറ്റങ്ങൾ മൂലമാണ്, കൂടാതെ നോൺ ഇലക്ട്രോകെമിക്കൽ ഘട്ടത്തിൻ്റെ സാധ്യമായ പങ്കാളിത്തവും (19, 47).അതുപോലെ, ഉയർന്ന വിളവിൽ നിർദ്ദിഷ്ട C2+ ഉൽപ്പന്ന രൂപീകരണത്തിന് ഉയർന്ന സെലക്ടീവ് ഇലക്ട്രോകാറ്റലിസ്റ്റുകളുടെ രൂപകൽപ്പന ഒരു മുൻവ്യവസ്ഥയാണ്.ഈ അവലോകനത്തിൽ, ECR വഴി തിരഞ്ഞെടുത്ത C2+ ഉൽപ്പന്ന ഉൽപ്പാദനത്തിനായുള്ള ഇലക്ട്രോകാറ്റലിസ്റ്റ് ഡിസൈനിലെ തന്ത്രങ്ങളിലെ സമീപകാല പുരോഗതി ഹൈലൈറ്റ് ചെയ്യാൻ ഞങ്ങൾ ലക്ഷ്യമിടുന്നു.ബന്ധപ്പെട്ട മെക്കാനിസങ്ങളെക്കുറിച്ചുള്ള ധാരണകളുടെ ഒരു സംഗ്രഹവും ഞങ്ങൾ നൽകുന്നു.ECR ൻ്റെ കാര്യക്ഷമവും സുസ്ഥിരവും വലിയ തോതിലുള്ളതുമായ പ്രവർത്തനം എങ്ങനെ നേടാമെന്ന് കാണിക്കുന്നതിന് ഇലക്ട്രോഡും റിയാക്‌ടർ രൂപകൽപ്പനയും ഊന്നിപ്പറയുന്നു.കൂടാതെ, CO2-നെ മൂല്യവർദ്ധിത C2+ രാസവസ്തുക്കളാക്കി ഇലക്ട്രോകെമിക്കൽ പരിവർത്തനം ചെയ്യുന്നതിനുള്ള ശേഷിക്കുന്ന വെല്ലുവിളികളും ഭാവി അവസരങ്ങളും ഞങ്ങൾ ചർച്ച ചെയ്യും.

(എ) റിപ്പോർട്ട് ചെയ്ത ECR ഇലക്ട്രോകാറ്റലിസ്റ്റുകൾക്ക് (21–43, 130) വ്യത്യസ്ത ഉൽപ്പാദന നിരക്കുകൾക്ക് (നിലവിലെ സാന്ദ്രത) കീഴിലുള്ള FE.(B) ECR സമയത്ത് സാധ്യമായ C2+ പാതകൾ.അമേരിക്കൻ കെമിക്കൽ സൊസൈറ്റിയുടെ അനുമതിയോടെ പുനർനിർമ്മിച്ചു (47).

CO2-നെ കെമിക്കൽ ഇന്ധനങ്ങളിലേക്കും ഫീഡ്‌സ്റ്റോക്കുകളിലേക്കും ഇലക്‌ട്രോകാറ്റലിറ്റിക് പരിവർത്തനം ചെയ്യുന്നത് ഒരു കാർബൺ-ന്യൂട്രൽ എനർജി സൈക്കിൾ (11) കൈവരിക്കുന്നതിനുള്ള ഒരു സാധ്യതയുള്ള സാങ്കേതികവിദ്യയാണ്.എന്നിരുന്നാലും, C2+ ഉൽപ്പന്നങ്ങളുടെ FE ഇപ്പോഴും പ്രായോഗിക പ്രയോഗത്തിൽ നിന്ന് വളരെ അകലെയാണ്, അവിടെ അത്യാധുനിക കാറ്റലിസ്റ്റുകൾ ഏകദേശം 60% FE (13, 33) ഉള്ള C2 ഉൽപ്പന്നങ്ങൾ നിർമ്മിക്കാൻ അനുവദിക്കുന്നു, അതേസമയം C3 ഉൽപ്പാദനം 10% ൽ താഴെയായി പരിമിതപ്പെടുത്തിയിരിക്കുന്നു. FE (48, 49).CO2-ലേക്ക് C2+ ഉൽപ്പന്നങ്ങളുടെ റിഡക്റ്റീവ് കപ്ലിംഗിന് ഉയർന്ന ഏകോപിത രൂപാന്തരവും ഇലക്ട്രോണിക് ഗുണങ്ങളുമുള്ള വൈവിധ്യമാർന്ന കാറ്റലിസ്റ്റുകൾ ആവശ്യമാണ് (50, 51).ഉത്തേജക പ്രതലത്തിന് ഇൻ്റർമീഡിയറ്റുകൾ തമ്മിലുള്ള സ്കെയിലിംഗ് ബന്ധങ്ങൾ തകർക്കേണ്ടതുണ്ട് (47, 52, 53).കൂടാതെ, C─C ബോണ്ട് രൂപീകരണം കൈവരിക്കുന്നതിന്, ഉൽപ്രേരക പ്രതലത്തിൽ ആഗിരണം ചെയ്യപ്പെടുന്ന പ്രതിപ്രവർത്തന ഇടനിലകൾ പരസ്പരം അടുത്ത് ആയിരിക്കണം.കൂടാതെ, ഒന്നിലധികം പ്രോട്ടോൺ-അസിസ്റ്റഡ് ഇലക്ട്രോൺ ട്രാൻസ്ഫർ സ്റ്റെപ്പുകൾ കാരണം തുടക്കത്തിൽ ആഗിരണം ചെയ്യപ്പെട്ട ഇൻ്റർമീഡിയറ്റിൽ നിന്ന് ഒരു നിർദ്ദിഷ്ട C2+ ഉൽപ്പന്നത്തിലേക്കുള്ള പാത നന്നായി നിയന്ത്രിക്കേണ്ടതുണ്ട്.C2+ ഉൽപ്പന്നങ്ങളിലേക്കുള്ള CO2 കുറയ്ക്കുന്നതിൻ്റെ ഉയർന്ന സങ്കീർണ്ണത കണക്കിലെടുത്ത്, ഇലക്ട്രോകാറ്റലിസ്റ്റുകൾ സെലക്ടിവിറ്റി വർദ്ധിപ്പിക്കുന്നതിന് ശ്രദ്ധാപൂർവ്വം ക്രമീകരിക്കണം.ഇൻ്റർമീഡിയറ്റ് സ്പീഷീസുകളും കെമിക്കൽ കോമ്പോസിഷനുകളും അനുസരിച്ച്, ഞങ്ങൾ C2+ ഉൽപ്പന്നങ്ങളെ മൾട്ടികാർബൺ ഹൈഡ്രോകാർബണുകളിലേക്കും ഓക്സിജനേറ്റുകളിലേക്കും തരംതിരിക്കുന്നു (4, 54).നിർദ്ദിഷ്‌ട C2+ തന്മാത്ര ഉൽപ്പാദനത്തിനായി വളരെ കാര്യക്ഷമമായ ഇലക്‌ട്രോകാറ്റലിസ്റ്റുകളെ സമീപിക്കാൻ, ഹെറ്ററോടോം ഡോപ്പിംഗ്, ക്രിസ്റ്റൽ ഫെയ്‌സെറ്റ് റെഗുലേഷൻ, അലോയ്/ഡീലോയിംഗ്, ഓക്‌സിഡേഷൻ സ്‌റ്റേറ്റ് ട്യൂണിംഗ്, ഉപരിതല ലിഗാൻഡ് കൺട്രോൾ തുടങ്ങിയ നിരവധി കാറ്റലിസ്റ്റ് ഡിസൈൻ സ്‌ട്രാറ്റജികൾ പ്രദർശിപ്പിച്ചിട്ടുണ്ട് (35, 41, 55-61) .ഒപ്റ്റിമൽ ഡിസൈൻ മേൽപ്പറഞ്ഞ ഇഫക്റ്റുകൾ യുക്തിസഹമായി പരിഗണിക്കുകയും നേട്ടങ്ങൾ പരമാവധിയാക്കുകയും വേണം.അല്ലാത്തപക്ഷം, സജീവ-സൈറ്റ് മോട്ടിഫുകൾ അത്തരം ഒരു അദ്വിതീയ ഉത്തേജക സ്വഭാവത്തിലേക്ക് നയിക്കുന്നത് എന്താണെന്ന് മനസ്സിലാക്കുന്നത് C─C കപ്ലിംഗിനായുള്ള കൃത്യമായ കാറ്റലിസ്റ്റ് ഡിസൈനിലേക്ക് കൂടുതൽ വെളിച്ചം വീശും.അതിനാൽ, നിർദ്ദിഷ്ട ഉൽപ്പന്നങ്ങളിലേക്ക് (മൾട്ടികാർബൺ ഹൈഡ്രോകാർബണുകളും ഓക്‌സിജനേറ്റുകളും) ECR കാറ്റലിസ്റ്റ് എങ്ങനെ രൂപകൽപ്പന ചെയ്യാമെന്നും അനുബന്ധ സംവിധാനവും ഈ ഭാഗത്ത് ചർച്ച ചെയ്യും.

C2H4 പോലുള്ള C2+ ഹൈഡ്രോകാർബണുകൾ, പോളിയെത്തിലീൻ ഉൽപ്പാദനം (62, 63) പോലെയുള്ള വിവിധ രാസ വ്യവസായങ്ങൾക്കുള്ള നെക്സസ് കെമിക്കൽസ് ആണ്.കൂടാതെ, വെൽഡിങ്ങിനുള്ള ഇന്ധനമായോ പ്രകൃതിവാതകത്തിലെ മിശ്രിതമായ ഘടകമായോ ഇത് നേരിട്ട് ഉപയോഗിക്കാം (12).വ്യാവസായിക തലത്തിൽ വളരെക്കാലമായി C2+ ഹൈഡ്രോകാർബണുകൾ ഉൽപ്പാദിപ്പിക്കുന്നതിന് CO (ഫിഷർ-ട്രോപ്ഷ് സിന്തസിസ്), CO2 എന്നിവയുടെ ഹൈഡ്രജനേഷൻ ഉപയോഗിച്ചിരുന്നുവെങ്കിലും ഉയർന്ന ഊർജ്ജ ഉപഭോഗവും പരിസ്ഥിതി ആഘാതവും വെല്ലുവിളിക്കുന്നു (64).തികച്ചും വിപരീതമായി, പുനരുപയോഗിക്കാവുന്ന ഊർജ്ജം ഉപയോഗിച്ച് ഇലക്ട്രോകെമിക്കൽ CO2 കുറയ്ക്കുന്നത് ശുദ്ധവും സുസ്ഥിരവുമായ ഒരു റൂട്ട് നൽകുന്നു.C2+ ഹൈഡ്രോകാർബണുകളിലേക്ക് (32, 33, 65–70) കാര്യക്ഷമമായ ഇലക്ട്രോകാറ്റലിസ്റ്റുകൾ വികസിപ്പിക്കാൻ വലിയ ശ്രമം നടത്തിയിട്ടുണ്ട്.

ഇലക്ട്രോകെമിക്കൽ CO2 പരിവർത്തന സമയത്ത് സ്കെയിലിംഗ് ബന്ധം തകർക്കാൻ Bimetallic ഇലക്ട്രോകാറ്റലിസ്റ്റുകൾ വ്യാപകമായി അന്വേഷിക്കപ്പെട്ടിട്ടുണ്ട്, ഇത് കീ ഇൻ്റർമീഡിയറ്റിനെ സ്ഥിരപ്പെടുത്തുകയും ഓവർപോട്ടൻഷ്യൽ കുറയ്ക്കുകയും അങ്ങനെ സെലക്റ്റിവിറ്റി വർദ്ധിപ്പിക്കുകയും ചെയ്യും (71-74).Au-Cu, Ag-Cu, Au-Pd, Cu-Pt എന്നിവയുൾപ്പെടെയുള്ള ഒരു കൂട്ടം അലോയ് മെറ്റീരിയലുകൾ നിർണായകമായ ഇൻ്റർമീഡിയറ്റിനെ (73, 75) സ്ഥിരപ്പെടുത്തിക്കൊണ്ട് ഉയർന്ന ദക്ഷതയുള്ള C1 ഉൽപാദനത്തിനായി പ്രദർശിപ്പിച്ചിട്ടുണ്ടെങ്കിലും, C2+ ഹൈഡ്രോകാർബൺ രൂപീകരണത്തിലേക്കുള്ള അലോയ് പ്രഭാവം തോന്നുന്നു. കൂടുതൽ സങ്കീർണ്ണമായത് (76).ഉദാഹരണത്തിന്, Cu-Ag bimetallic സിസ്റ്റത്തിൽ, Ag, Cu (77) എന്നിവയുടെ ഉപരിതല ആറ്റോമിക് അനുപാതം ട്യൂൺ ചെയ്യുന്നതിലൂടെ ഉൽപ്പന്ന വിതരണം എളുപ്പത്തിൽ നിയന്ത്രിക്കാനാകും.ഹൈഡ്രോകാർബൺ ഉൽപാദനത്തിന് ഉപരിതല ക്യൂ-റിച്ച് സാമ്പിളാണ് മുൻഗണന നൽകുന്നത്, അതേസമയം ഉപരിതല ആഗ്-റിച്ച് ഒന്നിൻ്റെ ഉൽപ്പന്നങ്ങൾ CO ആധിപത്യം പുലർത്തുന്നു, ഇത് അലോയ്ഡ് ഇസിആർ ഇലക്ട്രോകാറ്റലിസ്റ്റുകൾക്ക് ആറ്റോമിക് അനുപാതത്തിൻ്റെ പ്രാധാന്യം എടുത്തുകാണിക്കുന്നു.പ്രാദേശിക ആറ്റോമിക് ക്രമീകരണം മൂലമുണ്ടാകുന്ന ജ്യാമിതീയ പ്രഭാവം ഇടനിലകളുടെ ബൈൻഡിംഗ് ശക്തിയെ സാരമായി ബാധിക്കും.ആൽക്കലൈൻ ഫ്ലോ ഇലക്‌ട്രോലൈസറിൽ (ചിത്രം 3, എ, ബി) C2H4-നുള്ള അഡിറ്റീവ് നിയന്ത്രിത ഇലക്‌ട്രോഡെപോസിഷനിൽ നിന്നുള്ള Cu-Ag അലോയ്‌കൾ ~60% FE പ്രദർശിപ്പിച്ചതായി ഗെവിർത്തും സഹപ്രവർത്തകരും (36) കാണിച്ചു.ഈ സാഹചര്യത്തിൽ, ഒപ്റ്റിമൈസ് ചെയ്ത C2H4 സെലക്‌ടിവിറ്റി മോർഫോളജിയും ആഗ്-ലോഡിംഗ് ട്യൂണിംഗും വഴി നേടാനാകും.എഗ് സൈറ്റുകൾ ഇസിആർ സമയത്ത് CO രൂപീകരണത്തിന് ഒരു പ്രൊമോട്ടറുടെ പങ്ക് വഹിക്കുമെന്ന് വിശ്വസിക്കപ്പെട്ടു.അപ്പോൾ, CO ഇൻ്റർമീഡിയറ്റിൻ്റെ ഒപ്റ്റിമൽ ലഭ്യത അയൽരാജ്യമായ Cu-യിലെ C─C കപ്ലിംഗിനെ സഹായിക്കും.കൂടാതെ, Cu-Ag കാറ്റലിസ്റ്റ് സിന്തസിസ് (ചിത്രം 3C) സമയത്ത് Cu2O യുടെ രൂപവത്കരണത്തെ പ്രോത്സാഹിപ്പിക്കാനും Ag-ന് കഴിയും, ഇത് C2H4 ഉൽപ്പാദനക്ഷമത വർദ്ധിപ്പിക്കുന്നു.ഈ സിനർജി C─C കപ്ലിംഗ് കാറ്റലിസ്റ്റുകൾ വികസിപ്പിക്കുന്നതിനുള്ള പുതിയ സാധ്യതകൾ തുറക്കുന്നു.കൂടാതെ, അലോയ് സിസ്റ്റത്തിലെ വ്യത്യസ്ത ലോഹങ്ങളുടെ മിക്സിംഗ് പാറ്റേണും ECR ഉൽപ്പന്നങ്ങളുടെ വിതരണത്തെ നിർണ്ണയിക്കും.ഒരു ഉദാഹരണമായി Pd-Cu അലോയ് ഉപയോഗിച്ച് (ചിത്രം 3D), കെനിസും സഹപ്രവർത്തകരും (71) ഒരു ഘട്ടം-വേർതിരിക്കപ്പെട്ട Pd-Cu കാറ്റലിസ്റ്റിന് അതിൻ്റെ ഓർഡർ ചെയ്തതും ക്രമരഹിതവുമായതുമായി താരതമ്യപ്പെടുത്തുമ്പോൾ C2H4-ന് ഏറ്റവും ഉയർന്ന സെലക്ടിവിറ്റി (~50%) നൽകാൻ കഴിയുമെന്ന് തെളിയിച്ചു. എതിരാളികൾ.ഡി-ബാൻഡ് സിദ്ധാന്തമനുസരിച്ച്, സാധാരണയായി, താഴ്ന്ന ഡി-ബാൻഡ് സെൻ്റർ ഉള്ള ട്രാൻസിഷൻ മെറ്റൽ ലോഹ പ്രതലങ്ങളിൽ ഇൻ സിറ്റു ജനറേറ്റഡ് ഇൻ്റർമീഡിയറ്റുകളുടെ ദുർബലമായ ബൈൻഡിംഗ് കാണിക്കുന്നു (78).ഘട്ടം-വേർതിരിക്കപ്പെട്ട Pd-Cu അലോയ്, Cu നാനോപാർട്ടിക്കിളുകൾ (NP-കൾ) ഉപയോഗിച്ച് CO-യ്‌ക്ക് സമാനമായ കാറ്റലറ്റിക് സെലക്‌റ്റിവിറ്റിയും പ്രവർത്തനവും പ്രദർശിപ്പിച്ചപ്പോൾ, ഇത് Pd ട്യൂണിംഗ് വഴി ഇൻ്റർമീഡിയറ്റുകളിലേക്ക് തികച്ചും വ്യത്യസ്തമായ ബൈൻഡിംഗ് ശക്തി വാഗ്ദാനം ചെയ്തു.ചിത്രം 3E-ൽ കാണിച്ചിരിക്കുന്നതുപോലെ, ഘട്ടം-വേർതിരിക്കപ്പെട്ട Cu-Pd അലോയ് ഏറ്റവും താഴ്ന്ന ഡി-ബാൻഡ് കേന്ദ്രം കാണിച്ചു, അതേസമയം Cu NP-യുടേത് ഏറ്റവും ഉയർന്നതാണ്.ഘട്ടം-വേർതിരിക്കപ്പെട്ട Cu-Pd അലോയ് CO ഇൻ്റർമീഡിയറ്റിന് ഏറ്റവും കുറഞ്ഞ ബൈൻഡിംഗ് ശക്തിയുണ്ടെന്ന് ഇത് സൂചിപ്പിക്കുന്നു.ഘട്ടം-വേർതിരിക്കപ്പെട്ട Cu-Pd അലോയ് കേസിൽ ഹൈഡ്രോകാർബൺ സെലക്റ്റിവിറ്റി മെച്ചപ്പെടുത്തുന്നതിനുള്ള ഇലക്ട്രോണിക് ഇഫക്റ്റിനേക്കാൾ ജ്യാമിതീയവും ഘടനാ ഫലവും വലിയ പങ്ക് വഹിക്കുമെന്ന് ഈ നിരീക്ഷണം സൂചിപ്പിക്കുന്നു.ഇന്നുവരെ, ശുദ്ധമായ ചെമ്പ് അല്ലെങ്കിൽ ചെമ്പ് അടിസ്ഥാനമാക്കിയുള്ള അലോയ് മാത്രമാണ് CO2-നെ C2+ ഹൈഡ്രോകാർബണുകളിലേക്ക് ഇലക്ട്രോകെമിക്കൽ കുറയ്ക്കുന്നതിനുള്ള മികച്ച സെലക്റ്റിവിറ്റിയും പ്രവർത്തനവും കാണിക്കുന്നത്.അതിനാൽ, ECR-ൽ നിന്ന് C2+ ഹൈഡ്രോകാർബൺ ഉൽപ്പാദനത്തിനായി ഒരു നോവൽ ഇലക്ട്രോകാറ്റലിസ്റ്റ് വികസിപ്പിക്കേണ്ടത് വളരെ അത്യാവശ്യമാണ്.CO2 ഹൈഡ്രജനേഷനിൽ നിന്ന് പ്രചോദനം ഉൾക്കൊണ്ട്, വിവിധ ഘട്ടങ്ങളുള്ള Ni-Ga അലോയ് C2H4 ഉൽപാദനത്തിനായി ഉപയോഗിക്കാമെന്ന് ഒരു പ്രാഥമിക പഠനം തെളിയിച്ചു (79).Ni5Ga3 ഫിലിമിന് CO2-നെ C2H4 ആയും ഈഥെയ്ൻ (C2H6) ആയും കുറയ്ക്കാൻ കഴിയുമെന്ന് ഇത് കാണിച്ചു.C2+ ഹൈഡ്രോകാർബണുകളിലേക്കുള്ള FE 5% ൽ കുറവാണെങ്കിലും, അലോയ് ഇഫക്റ്റിനെ അടിസ്ഥാനമാക്കി C─C കപ്ലിംഗിലേക്ക് ഇലക്ട്രോകാറ്റലിസ്റ്റ് സ്ക്രീനിംഗിനായി ഇത് പുതിയ ലൈനുകൾ തുറന്നേക്കാം.

(A മുതൽ C വരെ) അഡിറ്റീവ് നിയന്ത്രിത ഇലക്‌ട്രോഡെപോസിഷൻ ഉപയോഗിച്ച് നിർമ്മിച്ച Cu-Ag ബൈമെറ്റാലിക് കാറ്റലിസ്റ്റുകൾ: (A) Cu വയർ, Cu-Ag പോളി, Cu-Ag വയർ എന്നിവയുടെ സ്കാനിംഗ് ഇലക്ട്രോൺ മൈക്രോസ്കോപ്പി (SEM) കൂടാതെ (B) അനുബന്ധ C2H4 FE.(C) Cu-Ag വയർ ഏകതാനമായി മിക്സഡ് ആണെന്നും Cu(I) ഓക്സൈഡ് അവതരിപ്പിച്ചുവെന്നും EXAFS കാണിച്ചു.(എ) മുതൽ (സി) വരെ അമേരിക്കൻ കെമിക്കൽ സൊസൈറ്റിയുടെ (36) അനുമതിയോടെ പുനർനിർമ്മിക്കുന്നു.(D, E) വ്യത്യസ്ത മിക്സിംഗ് പാറ്റേണുകളുള്ള Cu-Pd കാറ്റലിസ്റ്റുകൾ: (D) ചിത്രീകരണം, ട്രാൻസ്മിഷൻ ഇലക്ട്രോൺ മൈക്രോസ്കോപ്പി (TEM) ഇമേജുകൾ, ഓർഡർ ചെയ്തതും ക്രമരഹിതവും ഘട്ടം-വേർതിരിക്കപ്പെട്ടതുമായ Cu-Pd അലോയ്കളുടെ ഊർജ്ജ-വിതരണ സ്പെക്ട്രോസ്കോപ്പി മൂലക ഭൂപടങ്ങളും (E) ) ഉപരിതല വാലൻസ് ബാൻഡ് ഫോട്ടോ എമിഷൻ സ്പെക്ട്രയും ഫെർമി ലെവലുമായി താരതമ്യപ്പെടുത്തുമ്പോൾ Cu-Pd അലോയ്കളുടെ d-ബാൻഡ് സെൻ്റർ (ലംബ വര).(D), (E) എന്നിവ അമേരിക്കൻ കെമിക്കൽ സൊസൈറ്റിയുടെ (71) അനുമതിയോടെ പുനർനിർമ്മിക്കുന്നു.au, ഏകപക്ഷീയമായ യൂണിറ്റുകൾ.

അലോയ് ഇഫക്റ്റിന് പുറമേ, ഓക്‌സിഡേഷൻ അവസ്ഥകൾ കൈകാര്യം ചെയ്യുന്നത് ഇലക്‌ട്രോകാറ്റലിസ്റ്റുകളുടെ പ്രകടനം ട്യൂൺ ചെയ്യുന്നതിനുള്ള മറ്റൊരു പ്രധാന തത്വമാണ്, ഇത് മെറ്റീരിയലിൻ്റെ പ്രാദേശിക ഇലക്ട്രോണിക് ഘടനയെ ബാധിക്കും.ഉൽപ്രേരകത്തിൻ്റെ ഓക്സിഡേഷൻ അവസ്ഥ ട്യൂണിങ്ങിനുള്ള ആദ്യ ഉദാഹരണം ഓക്സൈഡ്-ഉത്പന്ന വസ്തുക്കൾ ഉപയോഗിക്കുക എന്നതാണ്.സിറ്റു റിഡക്ഷൻ കഴിഞ്ഞ് ഉൽപ്രേരകത്തിൻ്റെ ഉപരിതലത്തിലോ ഉപതലത്തിലോ അവശേഷിക്കുന്ന ഓക്സിജൻ സ്പീഷീസുകൾക്ക് ലോഹ കേന്ദ്രത്തിൻ്റെ ഓക്സിഡേഷൻ അവസ്ഥയെ നിയന്ത്രിക്കാൻ കഴിയും.ഉദാഹരണത്തിന്, പ്ലാസ്മ-ഓക്സിഡൈസ്ഡ് Cu C2H4-ലേക്ക് 60% സെലക്ടിവിറ്റി കാണിക്കുന്നു, ഇത് റിഡക്ഷൻ-റെസിസ്റ്റൻ്റ് Cu+ (37) ന് ആക്ഷേപിച്ചു.ഉയർന്ന എഥിലീൻ സെലക്ടിവിറ്റിക്കുള്ള പ്രധാന പാരാമീറ്റർ Cu+ ആണെന്ന് സ്ഥിരീകരിക്കാൻ, ഞങ്ങൾ വ്യത്യസ്ത പ്ലാസ്മ ഉപയോഗിച്ച് നിയന്ത്രണ പരീക്ഷണങ്ങൾ നടത്തി (ചിത്രം 4A).സിറ്റു ഹാർഡ് എക്സ്-റേ അബ്സോർപ്ഷൻ സ്പെക്ട്രോസ്കോപ്പിയിൽ (ഉപ) ഉപരിതല പാളിയിലെ അവശിഷ്ട ഓക്സൈഡുകൾ റിഡക്ഷൻ അവസ്ഥയ്ക്ക് എതിരായി സ്ഥിരതയുള്ളതാണെന്ന് കാണിച്ചു, താരതമ്യേന ഉയർന്ന ശേഷിയുള്ള −1.2 V ൻ്റെ ഉയർന്ന സാധ്യതകളിൽ 1 മണിക്കൂറിന് ശേഷം ഗണ്യമായ അളവിൽ Cu+ സ്പീഷീസ് ശേഷിക്കുന്നു. ഹൈഡ്രജൻ ഇലക്ട്രോഡ് (RHE).കൂടാതെ, ഒരു സോൾ-ജെൽ കോപ്പർ ഓക്‌സിക്ലോറൈഡിൽ നിന്നുള്ള ചെമ്പിൻ്റെ ഇലക്‌ട്രോറെഡ്‌പോസിഷൻ, സ്ഥിരതയുള്ള ഉപരിതല Cu+ സ്പീഷീസുകൾക്ക് C2H4 (61) ൻ്റെ സെലക്‌റ്റിവിറ്റി മെച്ചപ്പെടുത്താൻ കഴിയുമെന്ന് വീണ്ടും പരിശോധിച്ചു.സിറ്റു സോഫ്റ്റ് എക്‌സ്‌റേ അബ്‌സോർപ്‌ഷൻ സ്പെക്‌ട്രോസ്‌കോപ്പിയിൽ സമയം-പരിഹരിച്ച ഒരു കോപ്പർ കാറ്റലിസ്റ്റിൻ്റെ ഓക്‌സിഡേഷൻ നില ട്രാക്ക് ചെയ്‌തു.Cu2+ ൽ നിന്ന് Cu+ ലേക്കുള്ള പ്രാരംഭ പരിവർത്തന ഘട്ടം വളരെ വേഗത്തിലാണ്;എന്നിരുന്നാലും, Cu+ സ്പീഷീസുകളുടെ ഇലക്ട്രോകെമിക്കൽ റിഡക്ഷൻ Cu0 ആയി കുറയുന്നു.ഏകദേശം 23% Cu+ സ്പീഷീസുകൾ RHE (ചിത്രം 4B) -1.2 V ന് കീഴിൽ 1-മണിക്കൂർ സ്ഥിരമായ കുറവിന് ശേഷവും അവശേഷിക്കുന്നു.*CO@Cu+ ൻ്റെ C ആറ്റം പോസിറ്റീവ് ചാർജ്ജ് ആയതിനാൽ Cu+ ഉം Cu0 ഉം തമ്മിലുള്ള ഇൻ്റർഫേസ് ഇൻ്റർമീഡിയറ്റുകൾക്കിടയിൽ ഇലക്ട്രോസ്റ്റാറ്റിക് ആകർഷണത്തിലേക്ക് നയിക്കുന്നുവെന്ന് മെക്കാനിസ്റ്റിക് പഠനങ്ങൾ വെളിപ്പെടുത്തി, അതേസമയം *CO@Cu0 ൻ്റെ ആറ്റം നെഗറ്റീവ് ചാർജ്ജ് (80) ആണ്, ഇത് പ്രോത്സാഹിപ്പിക്കുന്നു C─C ബോണ്ട് രൂപപ്പെടുകയും അങ്ങനെ C2+ ഹൈഡ്രോകാർബണുകൾ ഉത്പാദിപ്പിക്കുകയും ചെയ്യുന്നു.*CO (81) ൻ്റെ ഡൈമറൈസേഷൻ എനർജി ബാരിയർ കുറയ്ക്കുന്നതിന് ഓക്സൈഡ്-ഉത്പന്നമായ വസ്തുക്കൾക്ക് പുറമേ, കോപ്പർ നൈട്രൈഡും (Cu3N) (ഉപ) ഉപരിതല Cu+ സ്പീഷീസുകൾ നേടാൻ ഉപയോഗിച്ചു.കൂടാതെ, ഓക്സൈഡ്-ഉത്പന്നമായ Cu-മായി താരതമ്യപ്പെടുത്തുമ്പോൾ, Cu3N-ഉത്പന്നമായ Cu+ സ്പീഷീസുകൾ കൂടുതൽ സ്ഥിരതയുള്ളതാണ് (ചിത്രം 4C).തൽഫലമായി, നൈട്രൈഡ്-ഉത്പന്നമായ കോപ്പർ കാറ്റലിസ്റ്റ് C2H4-ന് 39 ± 2% FE കാണിക്കുന്നു, ഇത് ശുദ്ധമായ Cu (~23%), ഓക്സൈഡ്-ഉത്പന്നമായ Cu (~28%) എന്നിവയെ മറികടക്കുന്നു.മുകളിൽ സൂചിപ്പിച്ച Cu+/Cu കാറ്റലറ്റിക് സിസ്റ്റത്തിന് സമാനമായി, Cuδ+ (41) അവതരിപ്പിക്കുന്നതിനും സ്ഥിരപ്പെടുത്തുന്നതിനും ബോറോൺ ഒരു ഹെറ്ററോടോം ഡോപാൻ്റായി ഉപയോഗിച്ചു.ബോറോൺ ഡോപാൻ്റിൻ്റെ സാന്ദ്രത മാറ്റുന്നതിലൂടെ ചെമ്പിൻ്റെ ശരാശരി ഓക്സിഡേഷൻ അവസ്ഥ +0.25 മുതൽ +0.78 വരെ നിയന്ത്രിക്കാനാകും.ഇലക്ട്രോണുകൾ ചെമ്പിൽ നിന്ന് ബോറോണിലേക്ക് കൈമാറ്റം ചെയ്യപ്പെടുന്നു, ഇത് ഡോപാൻ്റ്-ഇൻഡ്യൂസ്ഡ് പോസിറ്റീവ് ചാർജുള്ള കോപ്പർ സൈറ്റുകളിലേക്ക് നയിക്കുന്നതായി സംസ്ഥാനങ്ങളുടെ പ്രൊജക്റ്റഡ് ഡെൻസിറ്റി കാണിക്കുന്നു.ബോറോൺ-ഡോപ്പ് ചെയ്ത ചെമ്പ് *CHO ഇൻ്റർമീഡിയറ്റിൻ്റെ വർദ്ധിച്ച രൂപീകരണ ഊർജ്ജം കാണിക്കുകയും അങ്ങനെ, C1 ഉൽപ്പന്നങ്ങളിലേക്കുള്ള പ്രതിപ്രവർത്തന പാതയെ അടിച്ചമർത്തുകയും ചെയ്തു.കൂടാതെ, *CO ഡൈമറൈസേഷൻ റിയാക്ഷൻ എനർജി (ചിത്രം 4D) കുറയ്ക്കുന്നതിലൂടെ മൾട്ടികാർബൺ ഹൈഡ്രോകാർബണുകളിലേക്കുള്ള തിരഞ്ഞെടുക്കൽ വർദ്ധിപ്പിക്കാൻ ഇതിന് കഴിയും.ചെമ്പിൻ്റെ ശരാശരി ഉപരിതല ഓക്‌സിഡേഷൻ അവസ്ഥ ഒപ്റ്റിമൈസ് ചെയ്യുന്നതിലൂടെ, +0.35 (ചിത്രം 4E) എന്ന ശരാശരി കോപ്പർ ഓക്‌സിഡേഷൻ അവസ്ഥയിൽ ~53% C2H4 ഉള്ള ~80% ഉയർന്ന C2 FE നേടാനാകും.ഇന്നുവരെ, വിവിധ പഠനങ്ങളിൽ (39, 41, 42, 81, 82) ചെമ്പിലെ സജീവ സൈറ്റുകൾ Cu0, Cuδ+, കൂടാതെ/അല്ലെങ്കിൽ ECR-നുള്ള അവയുടെ ഇൻ്റർഫേസ് ആയി തിരിച്ചറിഞ്ഞിട്ടുണ്ട്.എന്നിരുന്നാലും, സജീവമായ സൈറ്റ് ഏതാണ് എന്നത് ഇപ്പോഴും ചർച്ച ചെയ്യപ്പെടുകയാണ്.Heteroatom ഡോപ്പിംഗ്-ഇൻഡ്യൂസ്ഡ് Cuδ+ കാറ്റലിസ്റ്റുകൾ C2+ ഉൽപ്പന്നങ്ങളിൽ ECR-ന് വളരെ സജീവമാണെന്ന് തെളിയിക്കപ്പെട്ടിട്ടുണ്ടെങ്കിലും, ഒരേസമയം സൃഷ്ടിക്കപ്പെട്ട വൈകല്യങ്ങളിൽ നിന്നും ഇൻ്റർഫേസുകളിൽ നിന്നുമുള്ള സിനർജസ്റ്റിക് ഫലവും പരിഗണിക്കേണ്ടതാണ്.അതിനാൽ, ചെമ്പ് പ്രതലത്തിലെ സജീവ കേന്ദ്രം തിരിച്ചറിയുന്നതിനും പ്രതികരണ സാഹചര്യങ്ങളിൽ സജീവമായ സൈറ്റുകളുടെ സിറ്റു പരിവർത്തനത്തിൻ്റെ സാധ്യതകൾ നിരീക്ഷിക്കുന്നതിനും ഓപ്പറാൻഡോ സ്വഭാവസവിശേഷതകൾ ചിട്ടയായ രീതിയിൽ വികസിപ്പിക്കണം.കൂടാതെ, പോസിറ്റീവ് ചാർജുള്ള ചെമ്പിൻ്റെ സ്ഥിരത ഇലക്ട്രോകെമിക്കൽ റിഡക്ഷൻ സാഹചര്യങ്ങളിൽ മറ്റൊരു ആശങ്കയാണ്.സ്ഥിരതയുള്ള Cuδ+ സൈറ്റുകൾ ഉപയോഗിച്ച് കാറ്റലിസ്റ്റുകൾ എങ്ങനെ സമന്വയിപ്പിക്കാം എന്നത് ഒരു വെല്ലുവിളിയായി തുടരുന്നു.

(A) വിവിധ പ്ലാസ്മ-ആക്ടിവേറ്റഡ് കോപ്പർ കാറ്റലിസ്റ്റുകളുടെ C2H4 സെലക്റ്റിവിറ്റിയുടെ സംഗ്രഹം.നേച്ചർ പബ്ലിഷിംഗ് ഗ്രൂപ്പിൻ്റെ അനുമതിയോടെ പുനർനിർമ്മിച്ചത് (37).സ്കെയിൽ ബാറുകൾ, 500 nm.(B) ഇലക്‌ട്രോറെഡ്‌ഡെപോസിറ്റഡ് കോപ്പറിലെ RHE യ്‌ക്കെതിരെ −1.2 V-ലെ പ്രതിപ്രവർത്തന സമയവുമായി ബന്ധപ്പെട്ട Cu ഓക്‌സിഡേഷൻ അവസ്ഥകളുടെ അനുപാതം.നേച്ചർ പബ്ലിഷിംഗ് ഗ്രൂപ്പിൻ്റെ അനുമതിയോടെ പുനർനിർമ്മിച്ചു (61).(C) Cu-on-Cu3N അല്ലെങ്കിൽ Cu-on-Cu2O-ലെ RHE-യ്‌ക്കെതിരായ പ്രതികരണ സമയത്തിൻ്റെ പ്രവർത്തന സമയമുള്ള Cu+ സ്പീഷീസുകളുടെ അനുപാതം -0.95 V.നേച്ചർ പബ്ലിഷിംഗ് ഗ്രൂപ്പിൻ്റെ അനുമതിയോടെ പുനർനിർമ്മിച്ചു (81).(D) ബോറോൺ ഡോപ്പിംഗിന് ചെമ്പ് പ്രതലത്തിലെ CO യുടെ ശരാശരി അഡോർപ്ഷൻ ഊർജ്ജം മാറ്റാനും CO─CO ഡൈമറൈസേഷൻ ഊർജ്ജം കുറയ്ക്കാനും കഴിഞ്ഞു.1[B], 2[B], 3[B], 4[B], 8[B] എന്നിവ കോപ്പർ കാറ്റലിസ്റ്റുകളിലെ ഉപതല ബോറോൺ ഡോപ്പിംഗിൻ്റെ സാന്ദ്രതയെ സൂചിപ്പിക്കുന്നു, അത് 1/16, 1/8, 3/ യഥാക്രമം 16, 1/4, 1/2.(E) ബോറോൺ-ഡോപ്പ് ചെയ്ത കോപ്പർ കാറ്റലിസ്റ്റുകളിലെ C2 അല്ലെങ്കിൽ C1 ഉൽപ്പന്നങ്ങളുടെ ഓക്സിഡേഷൻ നിലയും FE യും തമ്മിലുള്ള ബന്ധം.(D), (E) എന്നിവ നേച്ചർ പബ്ലിഷിംഗ് ഗ്രൂപ്പിൻ്റെ അനുമതിയോടെ പുനർനിർമ്മിച്ചതാണ് (41).(എഫ്) ECR ന് മുമ്പും (മുകളിൽ) ശേഷവും (താഴെ) Cu2O ഫിലിമുകളുടെ വ്യത്യസ്ത കട്ടിയുള്ള ചെമ്പ് ഫോയിലുകളുടെ SEM ചിത്രങ്ങൾ.അമേരിക്കൻ കെമിക്കൽ സൊസൈറ്റിയുടെ അനുമതിയോടെ പുനർനിർമ്മിച്ചു (83).

ഇലക്‌ട്രോണിക് ഘടനയ്ക്ക് പുറമെ, ഓക്‌സൈഡ്-ഉത്പന്നമായ പദാർത്ഥങ്ങൾ ഇൻ സിറ്റു റിഡക്ഷൻ പ്രക്രിയയിൽ രൂപഘടനയിലേക്കോ ഘടനാപരമായ പരിണാമത്തിലേക്കോ നയിച്ചേക്കാം.മോർഫോളജി അല്ലെങ്കിൽ ഘടനയുടെ വീക്ഷണകോണിൽ നിന്ന്, ഓക്സൈഡ്-ഡൈരൈവ്ഡ് ഇലക്ട്രോകാറ്റലിസ്റ്റുകളുടെ മെച്ചപ്പെടുത്തിയ ഇലക്ട്രോകെമിക്കൽ പ്രകടനം, സജീവമായ ധാന്യത്തിൻ്റെ അതിരുകൾ, അരികുകൾ, ഘട്ടങ്ങൾ (83-85) എന്നിവയുടെ രൂപീകരണത്തിന് കാരണമാകുന്നു.യോയും സഹപ്രവർത്തകരും (83) വ്യത്യസ്ത കട്ടിയുള്ള ഇലക്‌ട്രോഡെപോസിറ്റഡ് Cu2O ഫിലിമുകളിൽ തിരഞ്ഞെടുത്ത C─C കപ്ലിംഗ് റിപ്പോർട്ട് ചെയ്തു (ചിത്രം 4F).ഇസിആർ (83) സമയത്ത് Cu2O ഫിലിമുകളുടെ ഉപരിതലം സ്ഥിരതയുള്ള മെറ്റാലിക് Cu0 ആയി കുറഞ്ഞുവെന്ന് സിറ്റു രാമൻ സ്പെക്ട്രോസ്കോപ്പി വെളിപ്പെടുത്തി.തൽഫലമായി, Cu+ സ്പീഷീസുകൾക്കോ ​​Cu+/Cu0 ഇൻ്റർഫേസിനോ പകരം മെറ്റാലിക് Cu0 ഉത്തേജക സജീവ കേന്ദ്രമായി സ്ഥിരീകരിച്ചു.Cu2O മെറ്റാലിക് Cu0 ആയി കുറയ്ക്കുന്ന പ്രക്രിയയിൽ, കാറ്റലിസ്റ്റ് ഉപരിതലം സ്റ്റെപ്പുകൾ, അരികുകൾ, ടെറസുകൾ എന്നിവയിൽ രൂപപ്പെടാൻ സാധ്യതയുണ്ട്.രൂപപ്പെട്ട സ്റ്റെപ്പുകളും അരികുകളും ടെറസുകളേക്കാൾ കൂടുതൽ സജീവമാണെന്ന് ചൂണ്ടിക്കാണിച്ചു, *CO യുമായുള്ള ശക്തമായ ബന്ധത്തിൽ നിന്ന് ഉത്ഭവിക്കുന്നു, ഇത് *CO മുതൽ *CHO അല്ലെങ്കിൽ *CH2O വരെ ഹൈഡ്രജനേറ്റ് ചെയ്യാൻ കഴിയും.കൂടാതെ, എഡ്ജ് Cu ആറ്റങ്ങൾ *CHO, *CH2O എന്നിവയുടെ രൂപീകരണം വർദ്ധിപ്പിക്കുന്നതിനുള്ള ഒരു പ്രമോട്ടറാണ്.ചലനാത്മകതയിലെ *CO എന്നതിനേക്കാൾ *CHO, *CH2O ഇൻ്റർമീഡിയറ്റുകൾ C─C കപ്ലിംഗിന് കൂടുതൽ അനുകൂലമാണെന്ന് മുൻ കൃതികൾ നിർദ്ദേശിച്ചു (86).ഉപരിതല രൂപഘടന നിയന്ത്രിക്കുന്നതിലൂടെ, *CHO, *CH2O ഇൻ്റർമീഡിയറ്റുകളുടെ കെമിസോർപ്ഷൻ ഊർജ്ജം ഒപ്റ്റിമൈസ് ചെയ്യാൻ കഴിയും.ഈ പഠനത്തിൽ, Cu2O നേർത്ത ഫിലിമിൻ്റെ കനം 0.9 ൽ നിന്ന് 8.8 μm ആയി വർദ്ധിപ്പിച്ചപ്പോൾ C2H4 ൻ്റെ FE 40 ൽ നിന്ന് 22% ആയി കുറഞ്ഞതായി രചയിതാക്കൾ കണ്ടെത്തി.Cu2O കനം കൂടുന്നതിനനുസരിച്ച് കുറഞ്ഞ ഏകോപിത Cu യുടെ സാന്ദ്രത കൂടിയതാണ് ഇതിന് കാരണം.ഈ അണ്ടർകോർഡിനേറ്റഡ് ആറ്റങ്ങൾക്ക് H-മായി ശക്തമായി ബന്ധിപ്പിക്കാൻ കഴിയും, അതിനാൽ, C─C കപ്ലിംഗിനെക്കാൾ ഹൈഡ്രജൻ പരിണാമത്തിന് കൂടുതൽ മുൻഗണന നൽകുന്നു.ചാർജ്ജ് ചെയ്ത Cuδ+ സ്പീഷീസുകൾ അവതരിപ്പിക്കുന്നതിനുപകരം ഉപരിതല രൂപഘടന പുനർനിർമ്മാണം വഴി ഓക്സൈഡ്-ഉത്പന്നമായ കോപ്പർ കാറ്റലിസ്റ്റിന് C2H4 സെലക്റ്റിവിറ്റി ഗണ്യമായി വർദ്ധിപ്പിക്കാൻ കഴിയുമെന്ന് ഈ കൃതി തെളിയിച്ചു.ഓക്സൈഡ്-ഉത്പന്നമായ കാറ്റലിസ്റ്റുകൾ ഉപയോഗിച്ച്, ഇലക്ട്രോലൈറ്റിലെ (34) പലേഡിയം (II) ക്ലോറൈഡ് (PdCl2) അഡിറ്റീവിൻ്റെ സഹായത്തോടെ ഈഥെയ്ൻ (C2H6) തിരഞ്ഞെടുത്തു.Cu2O-ഉത്പന്നമായ Cu യുടെ ഉപരിതലത്തിലുള്ള അഡ്‌സോർബ്ഡ് PdClx C2H6 പരിണാമത്തിന് ഒരു പ്രധാന പങ്ക് വഹിച്ചുവെന്ന് ഇത് കാണിച്ചു.പ്രത്യേകിച്ചും, Cu2O-ഉത്ഭവിച്ച സജീവ Cu സൈറ്റുകളിൽ CO2 ആദ്യം C2H4 ആയി കുറഞ്ഞു, തുടർന്ന് C2H6 ഉൽപ്പാദിപ്പിക്കുന്നതിനായി അഡ്സോർബ്ഡ് PdClx-ൻ്റെ സഹായത്തോടെ രൂപംകൊണ്ട C2H4 ഹൈഡ്രജൻ ചെയ്യും.PdCl2-ൻ്റെ സഹായത്തോടെ C2H6-ൻ്റെ FE <1-ൽ നിന്ന് 30.1% ആയി ഉയർന്നു.നന്നായി നിർവചിക്കപ്പെട്ട ECR കാറ്റലിസ്റ്റിൻ്റെയും ഇലക്ട്രോലൈറ്റ് അഡിറ്റീവിൻ്റെയും സംയോജനം നിർദ്ദിഷ്ട C2+ ഉൽപ്പന്ന ഉൽപ്പാദനത്തിന് പുതിയ അവസരങ്ങൾ തുറന്നേക്കാമെന്ന് ഈ കൃതി സൂചിപ്പിക്കുന്നു.

മോർഫോളജി കൂടാതെ/അല്ലെങ്കിൽ സ്ട്രക്ചർ റെഗുലേഷൻ കാറ്റലറ്റിക് സെലക്റ്റിവിറ്റിയും പ്രവർത്തനവും മോഡുലേറ്റ് ചെയ്യുന്നതിനുള്ള മറ്റൊരു ബദൽ തന്ത്രത്തെ പ്രതിനിധീകരിക്കുന്നു.ECR പ്രകടന മെച്ചപ്പെടുത്തലിനായി കാറ്റലിസ്റ്റിൻ്റെ വലുപ്പം, ആകൃതി, തുറന്ന മുഖങ്ങൾ എന്നിവ നിയന്ത്രിക്കുന്നത് വ്യാപകമായി തെളിയിക്കപ്പെട്ടിട്ടുണ്ട് (58, 87, 88).ഉദാഹരണത്തിന്, Cu(100) മുഖമാണ് C2H4 തലമുറയ്ക്ക് അന്തർലീനമായി തിരഞ്ഞെടുക്കുന്നത്, അതേസമയം Cu(111) കാറ്റലിസ്റ്റിൽ നിന്നുള്ള ആധിപത്യ ഉൽപ്പന്നം മീഥേൻ (CH4) (87) ആണ്.വിവിധ ആകൃതികളും വലിപ്പങ്ങളുമുള്ള Cu നാനോക്രിസ്റ്റലുകളെക്കുറിച്ചുള്ള ഒരു പഠനത്തിൽ, ബ്യൂൺസാൻ്റിയും സഹപ്രവർത്തകരും (58) ക്യൂബ് ആകൃതിയിലുള്ള കോപ്പർ നാനോക്രിസ്റ്റലുകളിലെ C2H4 സെലക്ടിവിറ്റിയുടെ നോൺമോണോട്ടോണിക് സൈസ് ആശ്രിതത്വം വെളിപ്പെടുത്തി (ചിത്രം 5A).ആന്തരികമായി, (100) മുഖത്തിൻ്റെ ആധിപത്യം കാരണം ക്യൂബിക് Cu നാനോക്രിസ്റ്റലുകൾ ഗോളാകൃതിയിലുള്ള Cu നാനോക്രിസ്റ്റലുകളേക്കാൾ ഉയർന്ന C2H4 പ്രവർത്തനവും തിരഞ്ഞെടുക്കലും പ്രദർശിപ്പിച്ചു.കോണുകൾ, പടികൾ, കിങ്കുകൾ എന്നിവ പോലുള്ള താഴ്ന്ന ഏകോപിത ഉപരിതല സൈറ്റുകളുടെ വർദ്ധിച്ച സാന്ദ്രത കാരണം ക്യൂബിക് ക്യൂവിൻ്റെ ചെറിയ ക്രിസ്റ്റൽ വലുപ്പം ഉയർന്ന പ്രവർത്തനം വാഗ്ദാനം ചെയ്യുന്നു.എന്നിരുന്നാലും, ലോ-കോർഡിനേറ്റഡ് സൈറ്റുകളുടെ ശക്തമായ കെമിസോർപ്ഷൻ ഉയർന്ന H2, CO സെലക്‌റ്റിവിറ്റി എന്നിവയ്‌ക്കൊപ്പം, മൊത്തത്തിലുള്ള ഹൈഡ്രോകാർബൺ FE കുറയുന്നതിന് കാരണമായി.മറുവശത്ത്, കണങ്ങളുടെ വലുപ്പം കൂടുന്നതിനനുസരിച്ച് എഡ്ജ് സൈറ്റുകളുടെയും പ്ലെയിൻ സൈറ്റുകളുടെയും അനുപാതം കുറഞ്ഞു, ഇത് C2H4 ഉൽപാദനത്തിൻ്റെ പ്രകടനത്തെയും ബാധിക്കുന്നു.കണികാ വലിപ്പവും എഡ്ജ് സൈറ്റുകളുടെ സാന്ദ്രതയും തമ്മിലുള്ള ഒപ്റ്റിമൈസ് ചെയ്ത ബാലൻസ് കാരണം 44-nm എഡ്ജ് നീളമുള്ള ഇൻ്റർമീഡിയറ്റ് വലിപ്പമുള്ള കോപ്പർ നാനോക്യൂബുകൾ ഏറ്റവും ഉയർന്ന C2H4 സെലക്‌റ്റിവിറ്റി പ്രദർശിപ്പിക്കുന്നുവെന്ന് രചയിതാക്കൾ തെളിയിച്ചു.കൂടാതെ, മോർഫോളജി പ്രാദേശിക pH-നെയും ECR സമയത്തെ ബഹുജന ഗതാഗതത്തെയും ബാധിക്കും.ഉൽപ്രേരക പ്രതലത്തിന് സമീപമുള്ള ഉയർന്ന പ്രാദേശിക pH, ഇൻ സിറ്റു ജനറേറ്റഡ് OH− മൂലമുണ്ടാകുന്നത്, പ്രോട്ടോൺ ഉൾപ്പെട്ട പ്രതിപ്രവർത്തന പാതയെ അടിച്ചമർത്തുന്നതായി തെളിയിക്കപ്പെട്ടിട്ടുണ്ട്.തൽഫലമായി, *CO ഡൈമറൈസേഷനിലൂടെയുള്ള C2+ ഹൈഡ്രോകാർബൺ രൂപീകരണം മെച്ചപ്പെടുത്താനും *COH ഇൻ്റർമീഡിയറ്റിലൂടെ രൂപപ്പെടുന്ന CH4 തടയാനും കഴിയും.കോപ്പർ നാനോവയർ അറേകൾ (ചിത്രം. 5B) പ്രാദേശിക പി.എച്ച് (68) വർധിപ്പിക്കുന്നതിന് പ്രദർശിപ്പിച്ചിരിക്കുന്നു.സാധാരണയായി ഉപയോഗിക്കുന്ന ഇലക്ട്രോലൈറ്റ് എന്ന നിലയിൽ, CO2 പൂരിത പൊട്ടാസ്യം ബൈകാർബണേറ്റ് (KHCO3) ലായനി പ്രാദേശിക OH− (HCO3− + OH− = CO32− + H2O) വേഗത്തിൽ നിർവീര്യമാക്കുകയും പ്രാദേശിക pH കുറയ്ക്കുകയും ചെയ്യും.ഒരു നീളമേറിയ മൈക്രോസ്ട്രക്ചർ ഉപയോഗിച്ച്, Cu നാനോവയർ അറേകളിലേക്ക് HCO3− വ്യാപിക്കുന്നത് എങ്ങനെയെങ്കിലും ദുർബലമാക്കാം, അങ്ങനെ പ്രാദേശിക OH− ൻ്റെ ന്യൂട്രലൈസേഷൻ പ്രഭാവം ഒരു പരിധിവരെ അടിച്ചമർത്തപ്പെടും.സമാനമായ ഒരു തത്ത്വത്തിൻ്റെ അടിസ്ഥാനത്തിൽ, കൃത്യമായി നിയന്ത്രിത മെസോപോറുകളുള്ള (ചിത്രം 5C) കോപ്പർ മെഷുകൾ C2H4 അല്ലെങ്കിൽ C2H6 ഉൽപാദനത്തിനായി മെച്ചപ്പെടുത്തിയ FE പ്രദർശിപ്പിച്ചു (32).സുഷിരത്തിൻ്റെ വീതി ചുരുക്കി ഇലക്‌ട്രോഡ് പ്രതലത്തിലെ പ്രാദേശിക pH വർദ്ധിപ്പിക്കാൻ കഴിയുമെന്ന് ഇത് കാണിച്ചു, അതിൻ്റെ ഫലമായി C1 ഉൽപ്പന്നം FE കുറയുകയും C2 ഉൽപ്പന്നം FE മെച്ചപ്പെടുത്തുകയും ചെയ്തു.കൂടാതെ, സുഷിരത്തിൻ്റെ ആഴം വർദ്ധിപ്പിക്കുന്നതിലൂടെ, പ്രധാന റിഡക്ഷൻ ഉൽപ്പന്നം C2H4 മുതൽ C2H6 വരെ ട്യൂൺ ചെയ്യാവുന്നതാണ്.C2H6 ൻ്റെ FE 46% വരെ ഉയർന്നതാണ്.ECR സമയത്ത് രാസവസ്തുക്കൾ സുഷിരങ്ങൾക്കുള്ളിൽ പരിമിതപ്പെടുത്തിയിരിക്കുന്നതിനാൽ, ആഴത്തിലുള്ള സുഷിരങ്ങൾ മൂലമുണ്ടാകുന്ന പ്രധാന ഇടനിലകളുടെ നീണ്ടുനിൽക്കുന്ന സമയം പൂരിത C2 ഹൈഡ്രോകാർബണിലേക്കുള്ള ഉയർന്ന സെലക്റ്റിവിറ്റിയുടെ പ്രധാന കാരണമായി വിശദീകരിക്കപ്പെടുന്നു.CuI-ഉത്പന്നമായ Cu നാനോ ഫൈബറുകളും C2H6 (FE = 30% -0.735 V-ൽ RHE) (89) ലേക്ക് ഉയർന്ന സെലക്ടിവിറ്റി കാണിച്ചു.CuI-ഉത്പന്നമായ Cu നാനോ ഫൈബറുകളുടെ അനിസോട്രോപിക് രൂപഘടനയും ഉയർന്ന ഉപരിതല പരുക്കനും ആഗിരണം ചെയ്യപ്പെടുന്ന H2-ൻ്റെ ട്രാപ്പിംഗ് കാര്യക്ഷമത മെച്ചപ്പെടുത്തുകയും അങ്ങനെ C2H6-ൻ്റെ FE വർദ്ധിപ്പിക്കുകയും ചെയ്യും.

(A മുതൽ C വരെ) രൂപഘടന അല്ലെങ്കിൽ ഘടനാപരമായ ഫലങ്ങൾ.(എ) ആറ്റങ്ങളുടെ സാന്ദ്രതയും (ഇടത് അക്ഷം) എഡ്ജ് സൈറ്റുകളിലെ ആറ്റങ്ങളുടെ അനുപാതവും (നെഡ്ജ്) (100) തലത്തിലെ (N100) (വലത് അക്ഷം) ആറ്റങ്ങളുടെ അരികിലെ നീളത്തിന് (d) പ്രസക്തി.ജോൺ വൈലി ആൻഡ് സൺസിൻ്റെ (58) അനുമതിയോടെ പുനർനിർമ്മിച്ചു.(B) രൂപഘടനയുടെ സ്കീം pH മാറ്റത്തിന് കാരണമായി.ജോൺ വൈലി ആൻഡ് സൺസിൻ്റെ (68) അനുമതിയോടെ പുനർനിർമ്മിച്ചു.(സി) വ്യത്യസ്ത സുഷിരങ്ങളുടെ വലിപ്പവും ആഴവുമുള്ള മെസോപോർ ചെമ്പിൻ്റെ ഉൽപ്പന്ന സെലക്റ്റിവിറ്റി.ജോൺ വൈലി ആൻഡ് സൺസിൻ്റെ (32) അനുമതിയോടെ പുനർനിർമ്മിച്ചു.(D മുതൽ H വരെ) ലിഗൻഡ് ഇഫക്റ്റുകൾ.(D, E) കോപ്പർ നാനോവയറിലുള്ള (Cu NW) ECR വിവിധ തരത്തിലുള്ള അമിനോ ആസിഡുകൾ (D) അല്ലെങ്കിൽ മോഡിഫയറുകൾ (E) -1.9 V-ൽ. റോയൽ സൊസൈറ്റി ഓഫ് കെമിസ്ട്രിയുടെ അനുമതിയോടെ പുനർനിർമ്മിച്ചത് (35).(എഫ്) Cu(35)-ൽ വ്യത്യസ്ത അഡോർപ്ഷൻ സാധ്യതകളുള്ള വ്യത്യസ്ത ഹാലൈഡ് ഇലക്ട്രോലൈറ്റുകളിൽ C2H4 ൻ്റെ ഉത്പാദന നിരക്ക്.അമേരിക്കൻ കെമിക്കൽ സൊസൈറ്റിയുടെ അനുമതിയോടെ പുനർനിർമ്മിച്ചു (91).NHE, സാധാരണ ഹൈഡ്രജൻ ഇലക്ട്രോഡ്.(ജി) KOH ഇലക്‌ട്രോലൈറ്റുകളുടെ വ്യത്യസ്ത സാന്ദ്രതകളിൽ C2H4, CO എന്നിവയുടെ FE, KOH ഇലക്ട്രോലൈറ്റുകളുടെ വ്യത്യസ്ത സാന്ദ്രതകളിൽ C2H4 ൻ്റെ ടാഫെൽ ചരിവ്.(G), (H) എന്നിവ അമേരിക്കൻ അസോസിയേഷൻ ഫോർ ദി അഡ്വാൻസ്‌മെൻ്റ് ഓഫ് സയൻസിൽ (AAAS) (33) പുനർനിർമ്മിച്ചവയാണ്.

ECR ൻ്റെ ഇലക്ട്രോകെമിക്കൽ പ്രകടനം മെച്ചപ്പെടുത്തുന്നതിനുള്ള മറ്റൊരു അറിയപ്പെടുന്ന തന്ത്രമാണ് ചെറിയ തന്മാത്രകൾ ഉപയോഗിച്ചുള്ള കാറ്റലിസ്റ്റ് ഉപരിതല പരിഷ്ക്കരണം.ഈ തന്ത്രത്തിന് കാറ്റലിസ്റ്റ് ഉപരിതലത്തിനടുത്തുള്ള സൂക്ഷ്മപരിസ്ഥിതിയെ സ്വാധീനിക്കാൻ കഴിയും, ഇത് ഉപരിതല ലിഗാൻഡും ഇൻ്റർമീഡിയറ്റും തമ്മിലുള്ള പ്രതിപ്രവർത്തനം കാരണം പ്രധാന ഇടനിലകളെ സ്ഥിരപ്പെടുത്തും.ECR (35) പ്രൊമോട്ട് ചെയ്യുന്നതിനുള്ള മോഡിഫയറായി അമിൻ റിപ്പോർട്ട് ചെയ്യപ്പെട്ടിട്ടുണ്ട്.Glycine (Gly), dl-alanine (Ala), dl-leucine (Leu), dl-tryptophan (Tyr), dl-arginine (Arg), dl-tryptophan (Trp) തുടങ്ങി വിവിധ അമിനോ ആസിഡുകൾ പരിശോധിച്ചു. കോപ്പർ നാനോവയറുകളിൽ അവയുടെ സ്വാധീനം പഠിക്കുക (35).ചിത്രം 5D-ൽ കാണിച്ചിരിക്കുന്നതുപോലെ, എല്ലാ അമിനോ ആസിഡ്-അധിഷ്ഠിത ലിഗാൻഡുകളും C2+ ഹൈഡ്രോകാർബണുകളുടെ തിരഞ്ഞെടുക്കൽ മെച്ചപ്പെടുത്താൻ പ്രാപ്തമായിരുന്നു.അമിനോ ആസിഡിലെ ─COOH, ─NH2 ഫങ്ഷണൽ ഗ്രൂപ്പുകൾ ECR ൻ്റെ മെച്ചപ്പെട്ട സെലക്റ്റിവിറ്റിക്ക് കാരണമാകുമെന്ന് അത്തരമൊരു മെച്ചപ്പെടുത്തൽ സൂചിപ്പിക്കുന്നു.Cu ഉപരിതലത്തിലെ അമിനോ ആസിഡുകളുടെ ആഗിരണം ─COOH, ─NH2 ഗ്രൂപ്പുകളിലൂടെ (35, 90) നേടിയതായി മുൻ റിപ്പോർട്ടുകൾ വ്യക്തമാക്കുന്നു.─COOH ഗ്രൂപ്പ് മാത്രം ഉൾക്കൊള്ളുന്ന സ്റ്റിയറിക് ആസിഡ് (C17H35COOH, RCO2H), ─COOH-ൻ്റെ പങ്ക് തിരിച്ചറിയാൻ തിരഞ്ഞെടുത്തു.─COOH അല്ലെങ്കിൽ ─NH2 ഗ്രൂപ്പുകൾ അടങ്ങിയിട്ടില്ലാത്ത a-antraquinone diazonium ഉപ്പ് (AQ), o-nitrobenzene diazonium ഉപ്പ് (PhNO2), ഡോഡെസിൽ മെർകാപ്ടാൻ (C12H25SH, RSH) തുടങ്ങിയ മറ്റ് മോഡിഫയറുകളും അന്വേഷിച്ചു.എന്നിരുന്നാലും, അവയെല്ലാം C2+ ഹൈഡ്രോകാർബൺ FE മെച്ചപ്പെടുത്തലിന് അനുകൂലമായിരുന്നില്ല (ചിത്രം 5E).സൈദ്ധാന്തിക കണക്കുകൂട്ടലുകൾ സൂചിപ്പിക്കുന്നത്, ഹൈഡ്രജൻ ബോണ്ടുകൾ പോലെയുള്ള ശക്തമായ പ്രതിപ്രവർത്തനം മൂലം അഡ്‌സോർബഡ് സ്വിറ്റേറിയോണിക് ഗ്ലൈസിനിലെ ─NH3+ ഗ്രൂപ്പുകൾക്ക് *CHO ഇൻ്റർമീഡിയറ്റിനെ സ്ഥിരപ്പെടുത്താൻ കഴിയും.ഇലക്ട്രോലൈറ്റിലേക്ക് ഹാലൈഡ് അയോണുകൾ അവതരിപ്പിക്കുന്നത് കാറ്റലിസ്റ്റുകളെ പരിഷ്കരിക്കാനുള്ള മറ്റൊരു മാർഗമാണ് (91, 92).ചിത്രം 5F-ൽ കാണിച്ചിരിക്കുന്നതുപോലെ, ഹാലൈഡ് അഡിറ്റീവുകളുടെ സഹായത്തോടെ പ്ലാസ്മ-ആക്ടിവേറ്റഡ് Cu-യിലെ C2H4 ഉൽപാദന നിരക്ക് ഗണ്യമായി വർദ്ധിപ്പിക്കാൻ കഴിയും.Cu(100) മുഖത്ത് (91) I−, Br−, Cl− എന്നിവയുടെ അനുബന്ധ അഡ്‌സോർപ്ഷൻ എനർജിയുമായി യോജിച്ച്, Br−, Cl− എന്നിവയേക്കാൾ I− അയോൺ കൂടുതൽ സജീവമാണെന്ന് കാണിക്കുന്നു.ഹാലൈഡുകൾ കൂടാതെ, ഹൈഡ്രോക്സൈഡ് അയോണും C2H4 സെലക്ടിവിറ്റിയിൽ നല്ല സ്വാധീനം ചെലുത്തി.അടുത്തിടെ, സാർജൻ്റും സഹപ്രവർത്തകരും (33) ഒരു ഫ്ലോ സെല്ലിൽ സാന്ദ്രീകൃത പൊട്ടാസ്യം ഹൈഡ്രോക്സൈഡ് (KOH) ഇലക്ട്രോലൈറ്റ് (10 M വരെ) ഉപയോഗിച്ച് ~70% FE ഉപയോഗിച്ച് CO2-to-C2H4 പരിവർത്തനം റിപ്പോർട്ട് ചെയ്തു.ചിത്രം 5G-ൽ കാണിച്ചിരിക്കുന്നതുപോലെ, 10 M KOH ഇലക്‌ട്രോലൈറ്റിലെ CO, C2H4 എന്നിവയുടെ ആരംഭ സാധ്യത 1 M KOH-ലെ അപേക്ഷിച്ച് വളരെ കുറവാണ്.കൂടാതെ, ഹൈഡ്രോക്സൈഡ് സാന്ദ്രത (135 mV ദശകം−1 1 M KOH-ൽ 65 mV ദശകം−1 10 M KOH) വർദ്ധനയോടെ C2H4 രൂപീകരണത്തിൻ്റെ ടാഫെൽ ചരിവുകൾ (ചിത്രം 5H) കുറഞ്ഞു, ഇത് മൊത്തത്തിലുള്ള നിരക്കിൻ്റെ പരിവർത്തനത്തെ സൂചിപ്പിക്കുന്നു- ഘട്ടം നിർണ്ണയിക്കുന്നു.സാന്ദ്രത ഫങ്ഷണൽ തിയറി (DFT) ഫലങ്ങൾ, സാന്ദ്രീകൃത ഹൈഡ്രോക്സൈഡുകളുടെ സാന്നിധ്യം CO ഇൻ്റർമീഡിയറ്റിൻ്റെ ബൈൻഡിംഗ് എനർജി കുറയ്ക്കുമെന്നും അഡ്സോർബ്ഡ് OCCO ഇൻ്റർമീഡിയറ്റുകളിലെ രണ്ട് കാർബൺ ആറ്റങ്ങൾ തമ്മിലുള്ള ചാർജ് അസന്തുലിതാവസ്ഥ വർദ്ധിപ്പിക്കുമെന്നും തെളിയിച്ചു.തൽഫലമായി, OCCO ഇൻ്റർമീഡിയറ്റ് ശക്തമായ ഒരു ദ്വിധ്രുവ ആകർഷണത്തിലൂടെ കൂടുതൽ സ്ഥിരത കൈവരിക്കും, ഇത് CO ഡൈമറൈസേഷനായി കുറഞ്ഞ ആക്ടിവേഷൻ ഊർജ്ജ തടസ്സത്തിലേക്ക് നയിക്കും, ഇത് മൊത്തത്തിലുള്ള പ്രകടനം മെച്ചപ്പെടുത്തും.

എത്തനോൾ (CH3CH2OH) പോലുള്ള C2+ ഓക്‌സിജനേറ്റുകൾ വളരെ മൂല്യവത്തായ ECR ഉൽപ്പന്നങ്ങളുടെ മറ്റൊരു പ്രധാന വിഭാഗമാണ്.എഥനോളിൻ്റെ വ്യാവസായിക സംശ്ലേഷണം ഊർജ്ജം-ഇൻ്റൻസീവ് പ്രക്രിയയാണ്, ഇത് വലിയ അളവിൽ എഥിലീൻ അല്ലെങ്കിൽ കാർഷിക ഫീഡ്സ്റ്റോക്കുകൾ ഉപയോഗിക്കുന്നു (40).അങ്ങനെ, CO2 ൽ നിന്നുള്ള എത്തനോൾ അല്ലെങ്കിൽ മറ്റ് C2+ ഓക്‌സിജനേറ്റുകളുടെ ഇലക്‌ട്രോകാറ്റലിറ്റിക് ഉൽപ്പാദനം സാമ്പത്തികവും പാരിസ്ഥിതികവുമായ വളരെയധികം അർത്ഥം നൽകുന്നു.ECR-ൽ നിന്നുള്ള എത്തനോൾ ഉൽപ്പാദനം C2H4-മായി *C2H3O (43) എന്ന അവസാനത്തെ ഇൻ്റർമീഡിയറ്റ് പങ്കിട്ടതിനാൽ, ഈ ഇൻ്റർമീഡിയറ്റിൻ്റെ സെലക്ടീവ് ഹൈഡ്രജനേഷൻ C2H4-ൽ നിന്ന് ആൽക്കഹോളുകളിലേക്ക് ECR പാതകളെ മാറ്റും (64).എന്നിരുന്നാലും, മിക്ക സിസ്റ്റങ്ങളിലും, C2+ ഓക്സിജനേറ്റുകളിലേക്കുള്ള സെലക്ടിവിറ്റി ഹൈഡ്രോകാർബണുകളേക്കാൾ വളരെ കുറവാണ് (31, 37, 39, 41, 42, 67).അതിനാൽ, ഈ വിഭാഗത്തിൽ, 25%-ലധികം C2+ ഓക്സിജൻ FE നേടാനാകുന്ന ഇലക്ട്രോകാറ്റലിസ്റ്റ് ഡിസൈൻ തന്ത്രങ്ങൾ ഞങ്ങൾ ഹൈലൈറ്റ് ചെയ്യും.

മുകളിൽ ചർച്ച ചെയ്തതുപോലെ, നന്നായി രൂപകല്പന ചെയ്ത ബൈമെറ്റാലിക് കാറ്റലിസ്റ്റുകൾക്ക് C2+ ഹൈഡ്രോകാർബൺ ഉൽപാദനത്തിനുള്ള സെലക്റ്റിവിറ്റിയും പ്രവർത്തനവും മെച്ചപ്പെടുത്താൻ കഴിയും.C2+ ഓക്‌സിജനേറ്റുകളുടെ (38, 93, 94) ഇലക്‌ട്രോകാറ്റലിറ്റിക് പ്രകടനം മെച്ചപ്പെടുത്തുന്നതിനും സമാനമായതും എന്നാൽ സമാനമല്ലാത്തതുമായ ഒരു തന്ത്രം ഉപയോഗിച്ചിട്ടുണ്ട്.ഉദാഹരണത്തിന്, Ag-incorporated Cu-Cu2O കാറ്റലിസ്റ്റുകൾ ട്യൂൺ ചെയ്യാവുന്ന എത്തനോൾ സെലക്റ്റിവിറ്റി പ്രദർശിപ്പിച്ചു, ഏറ്റവും ഉയർന്ന എത്തനോൾ FE 34.15% (95) ആയിരുന്നു.Ag/Cu ആറ്റോമിക് അനുപാതത്തിനുപകരം ഘട്ടം-മിശ്രിത Ag-Cu അലോയ്യിലെ ബൈഫാസിക് അതിർത്തി, എത്തനോൾ തിരഞ്ഞെടുത്ത ഉൽപാദനത്തിൻ്റെ പ്രധാന ഘടകമായി തിരിച്ചറിഞ്ഞു.ഘട്ടം-മിശ്രിത പാറ്റേണിൽ (Ag-Cu2OPB) Cu സൈറ്റ് Ag സൈറ്റിനോട് വളരെ അടുത്തായതിനാൽ, ഘട്ടം-മിശ്രിത സാമ്പിളിനുള്ള എത്തനോൾ ഇൻ്റർമീഡിയറ്റുകളുടെ രൂപീകരണ നിരക്ക് ഘട്ടം-വേർതിരിക്കപ്പെട്ട ഒന്നിനെ അപേക്ഷിച്ച് പ്രോത്സാഹിപ്പിക്കാവുന്നതാണ് (Ag-Cu2OPS. ), മെച്ചപ്പെട്ട എത്തനോൾ ഉൽപാദന പ്രകടനത്തിലേക്ക് നയിക്കുന്നു.എത്തനോൾ കൂടാതെ, Cu-Ag bimetallic NP-കളും CO2-നെ ബെൻസോട്രിയാസോൾ (93) ചേർത്ത് അസറ്റേറ്റാക്കി മാറ്റുന്നതായി തെളിയിക്കപ്പെട്ടിട്ടുണ്ട്.−1.33 V, RHE എന്നിവയ്‌ക്കെതിരെ, അസറ്റേറ്റിൻ്റെ FE 21.2% ആയിരുന്നു.ഈ സാഹചര്യത്തിൽ സാധ്യമായ രണ്ട് പ്രതിപ്രവർത്തന പാതകൾ നിർദ്ദേശിക്കപ്പെട്ടു: ഒന്ന് CO ഡൈമറൈസേഷനെ അടിസ്ഥാനമാക്കിയുള്ളതാണ്, മറ്റൊന്ന് CO ഉൾപ്പെടുത്തലിലാണ്, ഇത് സജീവമായ Ag സൈറ്റുകളിൽ CO ഇൻ്റർമീഡിയറ്റ് രൂപീകരണത്തിൻ്റെ നിർണായക പങ്ക് എടുത്തുകാണിക്കുന്നു.എഥനോൾ ഉൽപ്പാദനത്തിന് (38) Cu-Zn കാറ്റലിസ്റ്റുകളിൽ (ചിത്രം 6, എ, ബി) സമാനമായ ഒരു നിരീക്ഷണം റിപ്പോർട്ട് ചെയ്യപ്പെട്ടിട്ടുണ്ട്.Zn-Cu അലോയ്ഡ് കാറ്റലിസ്റ്റുകളിൽ Zn-ൻ്റെ ഉള്ളടക്കം ട്യൂൺ ചെയ്യുന്നതിലൂടെ, എത്തനോൾ, C2H4 FE എന്നിവ തമ്മിലുള്ള അനുപാതം 0.48 മുതൽ 6 വരെയുള്ള പരിധിയിൽ നന്നായി നിയന്ത്രിക്കാനാകും, ഇത് C2+ ഓക്‌സിജനേറ്റ് രൂപീകരണത്തിന് CO-വികസിക്കുന്ന സൈറ്റുകളുടെ പ്രാധാന്യം നിർദ്ദേശിക്കുന്നു.അലോയ്ഡ് കാറ്റലിസ്റ്റുകളുടെ രൂപീകരണം മാട്രിക്സ് മെറ്റീരിയലിൽ സ്ട്രെയിൻ ഇഫക്റ്റ് ഉണ്ടാക്കിയേക്കാം, അത് ചിലപ്പോൾ ആഗ്രഹിച്ചേക്കില്ല.അതിനാൽ, ചില ടാർഗെറ്റ് ഉൽപ്പന്നങ്ങൾക്ക് ബൈമെറ്റാലിക് കാറ്റലിസ്റ്റുകളിലേക്കുള്ള നേരിട്ടുള്ള വഴി കൂടുതൽ അനുയോജ്യമാണ്.ജറമില്ലോയും സഹപ്രവർത്തകരും (96) ടാൻഡം കാറ്റാലിസിസ് ഇഫക്റ്റ് അന്വേഷിക്കുന്നതിനായി, ഒരു പോളിക്രിസ്റ്റലിൻ Cu ഫോയിലിലേക്ക് സ്വർണ്ണ NP കൾ നേരിട്ട് നിക്ഷേപിച്ച് സമന്വയിപ്പിച്ച ലളിതമായ Au-Cu ബൈമെറ്റാലിക് സിസ്റ്റം നിർമ്മിച്ചു.ബൈമെറ്റാലിക് Au-Cu, C2+ ആൽക്കഹോളുകളോടുള്ള സിനർജസ്റ്റിക് സെലക്‌റ്റിവിറ്റിയും പ്രവർത്തനവും പ്രദർശിപ്പിച്ചു, ശുദ്ധമായ ചെമ്പിനെയും സ്വർണ്ണത്തെയും, Au-Cu അലോയ്‌യെയും മറികടക്കുന്നു.Cu ഫോയിലുമായി താരതമ്യപ്പെടുത്തുമ്പോൾ, CO ജനറേഷനായി സജീവമായ Au NP കളുടെ (ചിത്രം 6C) സാന്നിധ്യം മൂലം ബൈമെറ്റാലിക് Au-Cu സിസ്റ്റം പ്രാദേശിക CO കോൺസൺട്രേഷൻ വർദ്ധിപ്പിച്ചു.CO കുറയ്ക്കുന്നതിന് സ്വർണ്ണം സജീവമല്ലാത്തതിനാൽ, Au-Cu ബൈമെറ്റാലിക് കാറ്റലിസ്റ്റുകളിൽ വർദ്ധിച്ച C2+ ആൽക്കഹോൾ ഉൽപ്പാദന നിരക്ക് ഒരു ടാൻഡം കാറ്റലിസിസ് മെക്കാനിസത്തിന് കാരണമായി.പ്രത്യേകിച്ചും, സ്വർണ്ണ NP-കൾക്ക് Cu ഉപരിതലത്തിന് സമീപം ഉയർന്ന പ്രാദേശിക CO സാന്ദ്രത സൃഷ്ടിക്കാൻ കഴിയും.അടുത്തതായി, സമൃദ്ധമായ പ്രാദേശിക CO തന്മാത്രകൾ Cu വഴി C2+ ആൽക്കഹോളുകളായി കുറയ്ക്കാം.

(എ മുതൽ സി വരെ) അലോയ് ഇഫക്റ്റുകൾ.(A) എത്തനോൾ, C2H4 എന്നിവയുടെ പരമാവധി FE, വിവിധ Cu-Zn അലോയ്കളിൽ എത്തനോൾ, എഥിലീൻ എന്നിവയുടെ FE അനുപാതം.(ബി) വിവിധ Cu-Zn അലോയ്കളിൽ എത്തനോളിൻ്റെ ഭാഗിക നിലവിലെ സാന്ദ്രത.(A) ഉം (B) ഉം അമേരിക്കൻ കെമിക്കൽ സൊസൈറ്റിയുടെ (38) അനുമതിയോടെ പുനർനിർമ്മിക്കുന്നു.(C) സ്വർണ്ണം, ചെമ്പ്, Au-Cu bimetallic സിസ്റ്റം എന്നിവയിൽ CO2 കുറയ്ക്കലും CO പരിണാമ നിരക്കും.നേച്ചർ പബ്ലിഷിംഗ് ഗ്രൂപ്പിൻ്റെ അനുമതിയോടെ പുനർനിർമ്മിച്ചു (96).(D മുതൽ L വരെ) രൂപഘടന അല്ലെങ്കിൽ ഘടനാപരമായ ഫലങ്ങൾ.(D) മെറ്റൽ അയോൺ സൈക്ലിംഗ് രീതിയുടെ സ്കീമാറ്റിക് ചിത്രീകരണം.(ഇ, എഫ്) ഇസിആർ വ്യവസ്ഥകൾക്ക് കീഴിലുള്ള പ്രിറിഡക്ഷന് മുമ്പും (ഇ) ശേഷവും (എഫ്) 100-സൈക്കിൾ ക്യൂവിൻ്റെ SEM ചിത്രങ്ങൾ.(G) TEM ഉം തിരഞ്ഞെടുത്ത ഏരിയ ഇലക്‌ട്രോൺ ഡിഫ്രാക്ഷനും Cu(100), Cu(100), Cu(111), Cu(211) എന്നീ വശങ്ങളിൽ *OCCO, *OCCHO രൂപീകരണത്തിന് Cu(100) സ്വതന്ത്ര ഊർജ്ജവും (H) സ്വതന്ത്ര ഊർജവും ഉണ്ടെന്ന് നിർദ്ദേശിച്ചു.(ഡി) മുതൽ (ജി) വരെ നേച്ചർ പബ്ലിഷിംഗ് ഗ്രൂപ്പിൻ്റെ (42) അനുമതിയോടെ പുനർനിർമ്മിക്കുന്നു.(I) Cu(111), Cu(751), Cu(100) എന്നിവയിലെ പൊട്ടൻഷ്യൽ പ്രവർത്തനമെന്ന നിലയിൽ ഓക്സിജനേറ്റുകളുടെയും ഹൈഡ്രോകാർബണുകളുടെയും അനുപാതം.(J) Cu(111), Cu(100), Cu(751) എന്നിവയ്‌ക്കായുള്ള കോർഡിനേഷൻ നമ്പറുകൾ.(I) ഉം (J) ഉം നാഷണൽ അക്കാദമി ഓഫ് സയൻസസിൻ്റെ (97) അനുമതിയോടെ പുനർനിർമ്മിക്കുന്നു.(കെ) Cu NP-കളിൽ നിന്ന് ക്യൂബിക് പോലെയുള്ള ചെമ്പിലേക്കുള്ള പരിവർത്തന പ്രക്രിയയുടെ സ്കീം.നാഷണൽ അക്കാദമി ഓഫ് സയൻസസിൻ്റെ അനുമതിയോടെ പുനർനിർമ്മിച്ചു (98).(എൽ) ECR-ന് മുമ്പും ശേഷവും നാനോഡെൻഡ്രിറ്റിക് കോപ്പറിൻ്റെ SEM ചിത്രങ്ങൾ.അമേരിക്കൻ കെമിക്കൽ സൊസൈറ്റിയുടെ അനുമതിയോടെ പുനർനിർമ്മിച്ചു (99).

ഇലക്‌ട്രോകാറ്റലിസ്റ്റുകൾക്കായുള്ള ക്രിസ്റ്റൽ വശങ്ങൾ തിരഞ്ഞെടുത്ത് എക്‌സ്‌പോഷർ ചെയ്യുന്നത്, നിർദ്ദിഷ്ട ഇസിആർ ഉൽപ്പന്നങ്ങളിലേക്കുള്ള മെച്ചപ്പെടുത്തിയ എഫ്ഇ നേടുന്നതിനുള്ള ഫലപ്രദവും നേരായതുമായ സമീപനമായും അടിസ്ഥാനപരമായ ധാരണയ്ക്കുള്ള ഒരു പ്രധാന മാർഗമായും തെളിയിക്കപ്പെട്ടിട്ടുണ്ട്.സിംഗിൾ-ക്രിസ്റ്റൽ കാറ്റലിസ്റ്റുകളുടെ ലളിതവും എന്നാൽ അളക്കാവുന്നതുമായ സമന്വയം വെല്ലുവിളി നിറഞ്ഞതാണ്.ബാറ്ററികൾക്കായുള്ള ഗാൽവനോസ്റ്റാറ്റിക് ചാർജിംഗ്-ഡിസ്‌ചാർജിംഗ് (GCD) നടപടിക്രമത്തിൽ നിന്ന് പ്രചോദനം ഉൾക്കൊണ്ട്, Cu കാറ്റലിസ്റ്റിൻ്റെ ക്രിസ്റ്റൽ വശം തിരഞ്ഞെടുത്ത് തുറന്നുകാട്ടുന്നതിനായി ഞങ്ങളുടെ ഗ്രൂപ്പ് ഒരു മെറ്റൽ അയോൺ സൈക്ലിംഗ് രീതി (ചിത്രം 6D) വികസിപ്പിച്ചെടുത്തു (42).100 GCD സൈക്കിളുകൾക്ക് ശേഷം, Cu ഫോയിലിൽ (100) വശങ്ങൾ (ചിത്രം 6, E മുതൽ G വരെ) ഉള്ള സാന്ദ്രമായ Cu നാനോക്യൂബ് അറേ രൂപപ്പെട്ടു.100-സൈക്കിൾ കാറ്റലിസ്റ്റ് മൊത്തത്തിലുള്ള C2+ ആൽക്കഹോൾ FE 30%-ലധികവും അനുബന്ധ C2+ ആൽക്കഹോൾ കറൻ്റ് സാന്ദ്രത 20 mA cm−2-ലധികവും അവതരിപ്പിച്ചു.എന്നിരുന്നാലും, (100) മുഖത്തിൻ്റെ കുറഞ്ഞ അനുപാതമുള്ള 10-സൈക്കിൾ Cu ~10% C2+ ആൽക്കഹോൾ FE മാത്രമേ വാഗ്ദാനം ചെയ്തിട്ടുള്ളൂ.ചിത്രം 6H-ൽ കാണിച്ചിരിക്കുന്നതുപോലെ, Cu(111)-ന് മേലുള്ള C─C കപ്ലിംഗിന് Cu(100), സ്റ്റെപ്പ്ഡ് (211) വശങ്ങൾ കൂടുതൽ അനുകൂലമാണെന്ന് DFT സിമുലേഷൻ സ്ഥിരീകരിച്ചു.C2+ ഓക്‌സിജനേറ്റ് ഉൽപ്പാദനം (ചിത്രം 6I) (97) എന്നതിലേക്കുള്ള സജീവ-സൈറ്റ് രൂപരേഖകൾ നിർണ്ണയിക്കാൻ, വ്യത്യസ്ത മുഖങ്ങളുള്ള എപ്പിറ്റാക്സിയൽ ക്യൂ ഫിലിം, ഒരു മോഡൽ കാറ്റലിസ്റ്റ് ഉപയോഗിച്ചു.അയൽക്കാർ കുറവുള്ള ഒരു പ്രതലത്തിൽ CO* ഡൈമർ H* ആറ്റങ്ങളോട് ചേർന്നിരിക്കാനുള്ള സാധ്യത സ്ഥിതിവിവരക്കണക്കനുസരിച്ച് കുറവായതിനാൽ, താഴ്ന്ന ഏകോപിത Cu സൈറ്റുകൾ ഹൈഡ്രോകാർബണുകളുടെ രൂപവത്കരണത്തെ അടിച്ചമർത്തുകയും മെച്ചപ്പെട്ട C2+ ഓക്സിജനേറ്റ് FE-ലേക്ക് നയിക്കുകയും ചെയ്യും, കാരണം ഇത് ഹൈഡ്രജനേറ്റ് ചെയ്യുന്നത് കൂടുതൽ ബുദ്ധിമുട്ടാണ്. അതിൻ്റെ ഉപരിതലത്തിൽ C─C കപ്പിൾഡ് ECR ഇൻ്റർമീഡിയറ്റുകൾ (97).എപ്പിറ്റാക്സിയൽ Cu ഫിലിം പഠനത്തിൽ, Cu(751) മുഖത്തെ ECR മെച്ചപ്പെട്ട ഓക്സിജനേറ്റ്/ഹൈഡ്രോകാർബൺ അനുപാതം കാണിച്ചതായി രചയിതാക്കൾ സ്ഥിരീകരിച്ചു.Cu (751)-ലെ ഏറ്റവും അടുത്തുള്ള രണ്ട്, നാല്, ആറ് അയൽവാസികളുമായി Cu ആറ്റം യഥാക്രമം ഏകോപിപ്പിച്ചിരിക്കുന്ന വ്യത്യസ്ത Cu മുഖങ്ങളുടെ ഉപരിതല Cu ആറ്റം ജ്യാമിതിയും അതിനനുസരിച്ചുള്ള താഴ്ന്ന ശരാശരി ഏകോപിത സംഖ്യയും (ചിത്രം 6J) ഈ മെച്ചപ്പെടുത്തലിന് കാരണമാകാം. Cu(100), Cu(111) വശങ്ങൾ.സിറ്റു മോർഫോളജിയിൽ, C2+ ഓക്സിജനേറ്റ് FE മെച്ചപ്പെടുത്താൻ പുനർനിർമ്മാണവും ഉപയോഗിച്ചിട്ടുണ്ട്.യാങ്ങും സഹപ്രവർത്തകരും (98) ഒരു സജീവ ക്യൂബ് പോലെയുള്ള Cu കാറ്റലിസ്റ്റ് വികസിപ്പിച്ചെടുത്തു, ഇത് മെച്ചപ്പെട്ട C─C കപ്ലിംഗ് പ്രകടനം കാണിച്ചു.വിശദമായി പറഞ്ഞാൽ, വ്യത്യസ്ത ലോഡിംഗുകളുള്ള മോണോഡിസ്പെഴ്‌സ് Cu NP-കൾ (6.7 nm) ECR-ന് ഉത്തേജകമായി കാർബൺ പേപ്പർ സപ്പോർട്ടിൽ നിക്ഷേപിച്ചു.വ്യക്തമായും, Cu NP ലോഡിംഗിലെ വർദ്ധനവിനൊപ്പം C2+ ഓക്സിജനേറ്റുകളുടെ FE വർദ്ധിച്ചു.ഉയർന്ന ലോഡിംഗ് അവസ്ഥയിൽ ഇടതൂർന്ന പായ്ക്ക് ചെയ്ത Cu NP കൾ ECR സമയത്ത് സിറ്റു മോർഫോളജിക്കൽ പരിവർത്തനത്തിന് വിധേയമായതായി കാണിച്ചു, അതിൽ ക്യൂബ് പോലുള്ള രൂപങ്ങൾ അവസാനമായി രൂപപ്പെട്ടു (ചിത്രം 6K).പുതുതായി രൂപംകൊണ്ട ഈ ഘടന കൂടുതൽ ഇലക്‌ട്രോകാറ്റലിറ്റി ആക്റ്റീവ് ആണെന്ന് കണ്ടെത്തി.CO ഡൈമറൈസേഷൻ എന്നത് C2 ഉൽപ്പന്ന രൂപീകരണത്തിൻ്റെ നിരക്ക് നിർണ്ണയിക്കുന്ന ഘട്ടമാണെന്ന് ടാഫെൽ വിശകലനം സൂചിപ്പിക്കുന്നു, അതേസമയം n-പ്രൊപനോൾ ഈ കാറ്റലറ്റിക് സിസ്റ്റത്തിൽ ഒരു പ്രത്യേക പാത കാണിക്കുന്നു.നാനോഡെൻഡ്രിറ്റിക് കോപ്പർ C2+ ഓക്‌സിജനേറ്റ് ഉൽപ്പാദനത്തിനുള്ള മോർഫോളജി നിയന്ത്രണത്തിൻ്റെ പ്രാധാന്യം കാണിക്കുന്ന മറ്റൊരു ഉദാഹരണമാണ് (99).ചുരുക്കത്തിൽ, C2+ ആൽക്കഹോളിനായുള്ള നന്നായി നിർവചിക്കപ്പെട്ട കോപ്പർ നാനോഡെൻഡ്രൈറ്റിൻ്റെ (ചിത്രം. 6L) മൊത്തം FE -1.0 V-ൽ RHE-നേക്കാൾ ഏകദേശം 25% ആയിരുന്നു.−0.9 V-ൽ ശ്രദ്ധേയമായ n-propanol FE 13% നേടാനാവും. Cu ആറ്റത്തിൻ്റെ ഉയർന്ന പ്രവർത്തനം കണക്കിലെടുത്താൽ, ചെമ്പ് അധിഷ്ഠിത കാറ്റലിസ്റ്റുകൾ ECR സമയത്ത് ഘടനാപരമായ അപചയത്തിന് വിധേയമാകുന്നു, പ്രത്യേകിച്ച് ഉയർന്ന ഓവർപോട്ടൻഷ്യലിൽ, ഇത് മോശമായ അവസ്ഥയിലേക്ക് നയിക്കുന്നു. സ്ഥിരത.എന്നിരുന്നാലും, അത്തരം ഒരു നാനോഡെൻഡ്രിറ്റിക് ചെമ്പ് മദ്യം ഉൽപ്പാദിപ്പിക്കുന്നതിന് നല്ല സ്ഥിരത പ്രകടമാക്കി, 6 മണിക്കൂറിൽ ~24% മദ്യം കാണിക്കുന്നു.

ആറ്റം ഒഴിവുകളും ഡോപാൻ്റുകളും പോലെയുള്ള ഇലക്ട്രോകാറ്റലിസ്റ്റുകളുടെ വൈകല്യങ്ങൾ, പാരമ്പര്യേതര ECR ഇൻ്റർമീഡിയറ്റുകളെ ആഗിരണം ചെയ്യാനുള്ള സാധ്യത കാണിക്കുന്നു, അങ്ങനെ, ഓക്സിജനേറ്റുകളിലേക്കുള്ള അനുബന്ധ പാത തിരഞ്ഞെടുത്ത് വർദ്ധിപ്പിക്കുന്നു (29, 43, 100).എഥിലീൻ, എത്തനോൾ എന്നിവയുടെ ഉൽപ്പാദനത്തിനുള്ള സാധ്യതയുള്ള *C2H3O ഒരു ഉദാഹരണമായി എടുത്ത്, സാർജൻ്റും സഹപ്രവർത്തകരും (43) ഒരു കോർ-ഷെൽ Cu ഇലക്ട്രോകാറ്റലിസ്റ്റിലെ വൈകല്യങ്ങളുടെ പങ്ക് വിശദമായി പഠിച്ചു.ആദ്യകാല C─C കപ്ലിംഗ് ഘട്ടത്തിൽ (0.5-V overpotential) (ചിത്രം 7A) എഥിലീൻ, എത്തനോൾ രൂപീകരണത്തിനുള്ള പ്രതിപ്രവർത്തന ഊർജ്ജ തടസ്സങ്ങൾ സമാനമാണെന്ന് അവർ സൈദ്ധാന്തികമായി കാണിച്ചു.അത്തരമൊരു അവസ്ഥയിൽ, ചെമ്പ് ഒഴിവുകൾ അവതരിപ്പിക്കുന്നത് എഥിലീൻ രൂപീകരണത്തിനുള്ള ഊർജ്ജ തടസ്സത്തെ ചെറുതായി വർദ്ധിപ്പിക്കും, എന്നിട്ടും അത് എത്തനോൾ ഉൽപാദനത്തിൽ യാതൊരു സ്വാധീനവും കാണിച്ചില്ല (ചിത്രം 7 ബി).എന്നിരുന്നാലും, ചിത്രം 7C-ൽ കാണിച്ചിരിക്കുന്നതുപോലെ, ഒഴിവുള്ളതും ഉപരിതല സൾഫർ ഡോപാൻ്റും ഉള്ള കോപ്പർ കാറ്റലിസ്റ്റുകൾക്ക് എഥിലീൻ റൂട്ടിനുള്ള ഊർജ്ജ തടസ്സം ഗണ്യമായി വർദ്ധിപ്പിക്കാൻ കഴിയും, ഇത് തെർമോഡൈനാമിക് ആയി പ്രതികൂലമാക്കുന്നു.എന്നിരുന്നാലും, അത്തരമൊരു പരിഷ്ക്കരണം എത്തനോൾ പാതയിൽ നിസ്സാരമായ സ്വാധീനം കാണിച്ചു.ഈ പ്രതിഭാസം കൂടുതൽ പരീക്ഷണാത്മകമായി പരിശോധിച്ചു.സമൃദ്ധമായ ഉപരിതല ഒഴിവുകളുള്ള ഒരു കോർ-ഷെൽ ഘടനയുള്ള Cu2S-Cu (Cu2S-Cu-V; ചിത്രം. 7D) സമന്വയിപ്പിച്ചു.മദ്യവും എഥിലീനും തമ്മിലുള്ള അനുപാതം 0.18-ൽ നിന്ന് ഒഴിവില്ലാത്ത Cu2S-Cu-ൽ 0.34 ആയും തുടർന്ന് Cu2S-Cu-V-ൽ 1.21 ആയും വർദ്ധിച്ചു, എന്നിരുന്നാലും എല്ലാ കാറ്റലിസ്റ്റുകൾക്കുമുള്ള C2+ ഉൽപ്പന്നങ്ങളുടെ മൊത്തം FE സമാനമാണ് (ചിത്രം 7E) .ഈ നിരീക്ഷണം സൂചിപ്പിക്കുന്നത് ആൽക്കഹോൾ സെലക്റ്റിവിറ്റിയുടെ പ്രോത്സാഹനം ഡിഎഫ്ടി ഫലവുമായി പൊരുത്തപ്പെടുന്ന എഥിലീൻ ഉൽപാദനത്തെ അടിച്ചമർത്തലുമായി ബന്ധപ്പെട്ടിരിക്കുന്നു എന്നാണ്.കൂടാതെ, ശുദ്ധമായ കാർബൺ സാമഗ്രികൾ ECR-ന് നിഷ്ക്രിയമായതിനാൽ ലോഹ രഹിത കാർബൺ കാറ്റലിസ്റ്റിന് ഡിഫെക്റ്റ് എഞ്ചിനീയറിംഗ് കൂടുതൽ പ്രധാന പങ്ക് വഹിക്കുന്നു.കാർബൺ അധിഷ്ഠിത കാറ്റലിസ്റ്റിൻ്റെ ഇലക്ട്രോണിക് ഘടനയിൽ മാറ്റം വരുത്താൻ നൈട്രജൻ, ബോറോൺ തുടങ്ങിയ ഡോപാൻ്റുകൾ ഉപയോഗിച്ചിട്ടുണ്ട് (31, 43, 100).ഉദാഹരണത്തിന്, സിലിക്കൺ സബ്‌സ്‌ട്രേറ്റിലെ നൈട്രജൻ-ഡോപ്ഡ് നാനോഡയമണ്ട് (NDD) ഫിലിം ക്വാൻ തുടങ്ങിയവർ വികസിപ്പിച്ചെടുത്തതാണ്.(29) ECR-ൽ നിന്നുള്ള സെലക്ടീവ് അസറ്റേറ്റ് ഉത്പാദനത്തിനായി (ചിത്രം 7F).ഒരു NDD കാറ്റലിസ്റ്റ് ഉപയോഗിക്കുന്ന RHE യ്‌ക്കെതിരായ അസറ്റേറ്റ് ആരംഭ സാധ്യത -0.36 V വരെ കുറവായിരുന്നു, കൂടാതെ അസറ്റേറ്റിനുള്ള FE 75%-ൽ കൂടുതലാണ് -0.8 മുതൽ −1.0 V നും RHE നും എതിരായി.അത്തരമൊരു ശ്രദ്ധേയമായ മെച്ചപ്പെടുത്തലിൻ്റെ ഉത്ഭവം മനസ്സിലാക്കാൻ, വ്യത്യസ്ത നൈട്രജൻ ഉള്ളടക്കങ്ങളോ നൈട്രജൻ സ്പീഷീസുകളോ ഉള്ള NDD/Si ​​ഇലക്ട്രോഡുകൾ തയ്യാറാക്കി അന്വേഷണം നടത്തി (ചിത്രം 7G).ECR-നുള്ള NDD/Si ​​കാറ്റലിസ്റ്റിൻ്റെ മികച്ച പ്രകടനത്തിന് ഹൈഡ്രജൻ പരിണാമത്തിനും N ഡോപ്പിംഗിനും ഉള്ള ഉയർന്ന ശേഷി കാരണമായി കണക്കാക്കാമെന്ന് രചയിതാക്കൾ നിഗമനം ചെയ്തു, അവിടെ N-sp3C സ്പീഷീസ് അസറ്റേറ്റ് ഉൽപാദനത്തിന് വളരെ സജീവമായിരുന്നു.ഇലക്‌ട്രോകൈനറ്റിക് ഡാറ്റയും ഇൻ സിറ്റു ഇൻഫ്രാറെഡ് സ്പെക്‌ട്രവും അസറ്റേറ്റ് രൂപീകരണത്തിനുള്ള പ്രധാന വഴി CO2 → *CO2− → *(COO)2 → CH3COO− ആയിരിക്കാമെന്ന് വെളിപ്പെടുത്തി.നൈട്രജൻ കൂടാതെ, നാനോഡയമണ്ടിൻ്റെ ഇലക്ട്രോണിക് ഘടനയെ നിയന്ത്രിക്കുന്നതിന് നന്നായി പര്യവേക്ഷണം ചെയ്ത മറ്റൊരു ഹെറ്ററോടോമാണ് ബോറോൺ.എന്നിരുന്നാലും, ബോറോൺ-ഡോപ്ഡ് നാനോഡയമണ്ട് (BDD) മുൻഗണനാക്രമത്തിൽ CO2-നെ ഫോർമാൽഡിഹൈഡ് അല്ലെങ്കിൽ ഫോർമാറ്റ് ആക്കി (101) കുറച്ചു.കൂടാതെ, ക്വാനും സഹപ്രവർത്തകരും (102) ബോറോണും നൈട്രജനും കോ-ഡോപ്പ് ചെയ്ത നാനോഡയമണ്ട് (BND) ECR-ൽ സിനർജസ്റ്റിക് പ്രഭാവം കാണിക്കുന്നു, ഇത് BDD യുടെ പരിമിതി മറികടക്കുകയും പിന്നീട് തിരഞ്ഞെടുക്കപ്പെട്ട രീതിയിൽ എത്തനോൾ ഉത്പാദിപ്പിക്കുകയും ചെയ്തു.വ്യത്യസ്ത നൈട്രജൻ ഉള്ളടക്കവും സമാനമായ ബോറോൺ ഡോപ്പിംഗ് ലെവലും ഉള്ള BND1, BND2, BND3 കാറ്റലിസ്റ്റുകൾ തയ്യാറാക്കി.ചിത്രം 7H-ൽ കാണിച്ചിരിക്കുന്നതുപോലെ, ഏറ്റവും ഉയർന്ന നൈട്രജൻ ഡോപ്പിംഗ് ഉള്ള RHE-യ്‌ക്കെതിരെ BND3 കാറ്റലിസ്റ്റിൽ 93% വരെ എത്തനോളിൻ്റെ ഉയർന്ന സെലക്റ്റിവിറ്റി നേടാനാകും.BND-യിലെ C─C കപ്ലിംഗ് പ്രക്രിയ തെർമോഡൈനാമിക് ആയി അനുകൂലമാണെന്ന് സൈദ്ധാന്തിക കണക്കുകൂട്ടൽ വ്യക്തമാക്കുന്നു, അവിടെ ബോറോൺ ആറ്റം CO2 പിടിച്ചെടുക്കാൻ പ്രോത്സാഹിപ്പിക്കുകയും നൈട്രജൻ ഡോപൻ്റ് എത്തനോളിലേക്കുള്ള ഇൻ്റർമീഡിയറ്റിൻ്റെ ഹൈഡ്രജനേഷൻ സുഗമമാക്കുകയും ചെയ്തു.ഉയർന്ന സെലക്‌ടിവിറ്റിയുള്ള മൾട്ടികാർബൺ ഓക്‌സിജനേറ്റുകളാക്കി CO2-നെ മാറ്റാൻ ഹെറ്ററോആറ്റം-ഡോപ്പ് ചെയ്‌ത നാനോഡയമണ്ട് പ്രാപ്‌തമാണെങ്കിലും, സ്ലോ ചാർജ് ട്രാൻസ്‌ഫർ പ്രക്രിയ കാരണം അതിൻ്റെ ECR പ്രവർത്തനം വളരെ പരിമിതമാണ് (നിലവിലെ സാന്ദ്രത 2 mA cm−2-ൽ കുറവാണ്).ഡയമണ്ട് അധിഷ്ഠിത കാറ്റലിസ്റ്റുകളുടെ പോരായ്മകൾ മറികടക്കാൻ ഗ്രാഫീൻ അധിഷ്ഠിത മെറ്റീരിയൽ ഒരു സാധ്യതയുള്ള പരിഹാരമായിരിക്കാം.സൈദ്ധാന്തികമായി, ഗ്രാഫീൻ പാളിയിലെ എഡ്ജ് പിരിഡിനിക് N സൈറ്റുകൾ C─C കപ്ലിംഗിൻ്റെ സജീവ സൈറ്റുകളായി എടുത്തിട്ടുണ്ട് (103).എഡ്ജ് സൈറ്റുകളിൽ പിരിഡിനിക് N ൻ്റെ സാന്നിധ്യം CO2-നെ CO ആയി പരിവർത്തനം ചെയ്യുമെന്നതാണ് ഇതിന് കാരണം, അത് C2+ തന്മാത്രയായി കൂട്ടിച്ചേർക്കാം (ചിത്രം 7I).ഉദാഹരണത്തിന്, *C2O2 ഇൻ്റർമീഡിയറ്റ് നൈട്രജൻ-ഡോപ്പ് ചെയ്ത കാർബണിൽ സ്ഥിരത കൈവരിക്കാൻ കഴിയും, അതിൽ രണ്ട് C ആറ്റങ്ങൾ യഥാക്രമം പിരിഡിനിക് N, അതിൻ്റെ അടുത്തുള്ള C ആറ്റം എന്നിവയുമായി ബന്ധിപ്പിച്ചിരിക്കുന്നു (103).നൈട്രജൻ-ഡോപ്ഡ് ഗ്രാഫീൻ ക്വാണ്ടം ഡോട്ട് (NGQD) കാറ്റലിസ്റ്റുകൾ (31) ഉപയോഗിച്ച് സൈദ്ധാന്തിക പ്രവചനം സാധൂകരിക്കപ്പെട്ടു.നൈട്രജൻ ഡോപ്പ് ചെയ്ത ഗ്രാഫീൻ ഷീറ്റുകൾ (1 മുതൽ 3 മൈക്രോമീറ്റർ വരെ) പൊടിച്ചതിന് ശേഷം (ചിത്രം 7 ജെ), 1- മുതൽ 3-എൻഎം വരെ എൻജിക്യുഡികൾ ലഭിച്ചു, അതിൽ എഡ്ജ് സൈറ്റുകളിലെ പിരിഡിനിക് N ൻ്റെ സാന്ദ്രത മൂന്ന് ഓർഡറുകൾ കൊണ്ട് വർദ്ധിച്ചു.−0.78 V വേഴ്സസ് RHE, C2+ ഓക്സിജനേറ്റുകളുടെ പരമാവധി FE 26% വരെ എത്താം.കൂടാതെ, ചിത്രം 7K-ൽ കാണിച്ചിരിക്കുന്നതുപോലെ, C2+ ഓക്‌സിജനേറ്റുകളുടെ ഭാഗിക നിലവിലെ സാന്ദ്രത 40 mA cm−2-ന് -0.86 V-ൽ RHE-ന് അടുത്താണ്, ഇത് പരിഷ്‌ക്കരിച്ച നാനോഡയമണ്ടിനെക്കാൾ വളരെ കൂടുതലാണ്.താരതമ്യപ്പെടുത്തുമ്പോൾ, N-ഫ്രീ ഗ്രാഫീൻ ക്വാണ്ടം ഡോട്ടുകളും N-ഡോപ്പഡ് ഗ്രാഫീൻ ഓക്സൈഡും, വളരെ ലോവർ എഡ്ജ് സൈറ്റ് പിരിഡിനിക് N കാണിക്കുന്നു, പ്രാഥമികമായി H2, CO, ഫോർമാറ്റ് എന്നിവ നൽകുന്നു.

(A മുതൽ C വരെ) *C2H3O മുതൽ ചെമ്പിന് എഥിലീൻ, എത്തനോൾ, ഒഴിവുള്ള ചെമ്പ്, ചെമ്പ് ഒഴിവുള്ള ചെമ്പ്, ഉപരിതല സൾഫർ എന്നിവ ഗിബ്‌സ് സൗജന്യ ഊർജ്ജം.(D) Cu2S-Cu-V കാറ്റലിസ്റ്റിൻ്റെ സ്കീമാറ്റിക് ചിത്രീകരണം.(E) C2+ ആൽക്കഹോൾ, എഥിലീൻ എന്നിവയുടെ FE, അതുപോലെ ആൽക്കഹോളുകളുടെയും ആൽക്കീനുകളുടെയും FE അനുപാതം.(എ) മുതൽ (ഇ) വരെ നേച്ചർ പബ്ലിഷിംഗ് ഗ്രൂപ്പിൻ്റെ (43) അനുമതിയോടെ പുനർനിർമ്മിക്കുന്നു.(എഫ്) NDD-യുടെ SEM ചിത്രം.(ജി) വ്യത്യസ്ത നൈട്രജൻ ഉള്ളടക്കങ്ങളുള്ള എൻഡിഡിയിലെ അസറ്റേറ്റിൻ്റെയും ഫോർമാറ്റിൻ്റെയും ഉൽപാദന നിരക്ക്.%, ആറ്റോമിക്%.(F) ഉം (G) ഉം അമേരിക്കൻ കെമിക്കൽ സൊസൈറ്റിയുടെ (29) അനുമതിയോടെ പുനർനിർമ്മിക്കുന്നു.(H) −1.0 V-ൽ NDD, BDD, BND-കൾക്കുള്ള FE-കൾ. ജോൺ വൈലി ആൻഡ് സൺസിൻ്റെ അനുമതിയോടെ പുനർനിർമ്മിച്ചു (102).(I) NGQD-കളിലെ C─C കപ്ലിംഗിനുള്ള സജീവ സൈറ്റുകളുടെ സ്കീമാറ്റിക് ചിത്രീകരണം.(I) അമേരിക്കൻ കെമിക്കൽ സൊസൈറ്റിയുടെ (103) അനുമതിയോടെ പുനർനിർമ്മിക്കുന്നു.(J) NGQD-കളുടെ TEM ചിത്രം.സ്കെയിൽ ബാറുകൾ, 1 nm.(കെ) NGQD-കൾ ഉപയോഗിക്കുന്ന വിവിധ ഉൽപ്പന്നങ്ങൾക്കുള്ള ഭാഗിക നിലവിലെ സാന്ദ്രത.(ജെ), (കെ) എന്നിവ നേച്ചർ പബ്ലിഷിംഗ് ഗ്രൂപ്പിൻ്റെ അനുമതിയോടെ പുനർനിർമ്മിക്കുന്നു (31).

ഇലക്ട്രോകാറ്റലിസ്റ്റുകൾക്കപ്പുറം, ഇലക്ട്രോഡും കാറ്റലറ്റിക് റിയാക്ടർ ആർക്കിടെക്ചർ ഡിസൈനും ECR പ്രകടനം വർദ്ധിപ്പിക്കുന്നതിന് മറ്റൊരു ഫലപ്രദമായ മാർഗം അവതരിപ്പിക്കുന്നു, പ്രത്യേകിച്ച് ഉൽപ്പാദന നിരക്കും ഊർജ്ജ കാര്യക്ഷമതയും.വളരെ കാര്യക്ഷമമായ C2+ ഉൽപ്പാദനം നേടുന്നതിനായി നവ ഇലക്‌ട്രോഡക്ഷൻ സിസ്റ്റങ്ങളുടെ രൂപകല്പനയിലും ഫാബ്രിക്കേഷനിലും കാര്യമായ മെച്ചപ്പെടുത്തലുകൾ വരുത്തിയിട്ടുണ്ട്.ഈ വിഭാഗത്തിൽ, ECR ഇലക്‌ട്രോഡ്/റിയാക്ടർ രൂപകല്പന ഞങ്ങൾ വിശദമായി ചർച്ച ചെയ്യും.

എച്ച്-ടൈപ്പ് സെല്ലുകൾ ലാബ്-സ്കെയിൽ ടെസ്റ്റുകളിൽ വ്യാപകമായി ഉപയോഗിക്കുന്നു, അവയുടെ എളുപ്പത്തിലുള്ള അസംബ്ലി, എളുപ്പമുള്ള പ്രവർത്തനം, കുറഞ്ഞ ചിലവ് എന്നിവ കണക്കിലെടുക്കുന്നു.സെല്ലുകളിൽ സ്വതന്ത്ര കാഥോഡും ആനോഡ് അറകളും സജ്ജീകരിച്ചിരിക്കുന്നു, അവ ഒരു അയോൺ എക്സ്ചേഞ്ച് മെംബ്രൺ (104, 105) വഴി ബന്ധിപ്പിച്ചിരിക്കുന്നു.ഈ എച്ച്-ടൈപ്പ് സെല്ലിൻ്റെ പ്രാഥമിക പോരായ്മ ജലീയ ഇലക്ട്രോലൈറ്റിലെ കുറഞ്ഞ CO2 ലയിക്കുന്നതാണ്, ഇത് ആംബിയൻ്റ് സാഹചര്യങ്ങളിൽ 0.034 M മാത്രമാണ്, ഇത് j <100 mA cm−2 (64) ൻ്റെ പരിമിതമായ CO2 റിഡക്ഷൻ കറൻ്റ് സാന്ദ്രതയിലേക്ക് നയിക്കുന്നു.മാത്രമല്ല, പരിമിതമായ ഇലക്‌ട്രോഡ് ഉപരിതല വിസ്തീർണ്ണവും വലിയ ഇൻ്റർ ഇലക്‌ട്രോഡ് ദൂരവും ഉൾപ്പെടെയുള്ള മറ്റ് അന്തർലീനമായ പോരായ്മകൾ വളരുന്ന ഗവേഷണ ആവശ്യകതകൾ നിറവേറ്റുന്നതിൽ പരാജയപ്പെട്ടു (105, 106).C2+ ഉൽപ്പന്ന ഉൽപ്പാദനത്തിന്, H-ടൈപ്പ് സെല്ലുകൾ സാധാരണയായി ഉയർന്ന ഓവർപോട്ടൻഷ്യലുകൾക്ക് കീഴിൽ കുറഞ്ഞ സെലക്ടിവിറ്റി കാണിക്കുന്നു, ഉദാ, എഥിലീനിന് 32% -0.98 V-ൽ RHE (107), n-propanol-ന് 13.1% -0.9 V-ൽ RHE (99), കൂടാതെ 20.4% എത്തനോളിന് -0.46 V-ൽ RHE (108), ഗുരുതരമായ മത്സരാധിഷ്ഠിതമായ ഹൈഡ്രജൻ പരിണാമം കാരണം.

മേൽപ്പറഞ്ഞ പ്രശ്നങ്ങൾ പരിഹരിക്കുന്നതിന്, ഫ്ലോ റിയാക്ടർ നിർദ്ദേശിച്ചു (15, 109).ഫ്ലോ സെല്ലുകളിൽ, വാതകമായ CO2 സ്ട്രീം നേരിട്ട് കാഥോഡിലെ ഫീഡ്സ്റ്റോക്കായി ഉപയോഗിക്കാം, അങ്ങനെ ഗണ്യമായി മെച്ചപ്പെട്ട പിണ്ഡത്തിൻ്റെ വ്യാപനത്തിനും ഉൽപ്പാദന നിരക്കിലേക്കും നയിക്കുന്നു (104, 110).ചിത്രം 8A ഒരു ഫ്ലോ സെല്ലിൻ്റെ സാധാരണ ആർക്കിടെക്ചർ കാണിക്കുന്നു, അവിടെ ഒരു പോളിമർ ഇലക്ട്രോലൈറ്റ് മെംബ്രൺ (PEM) രണ്ട് ഫ്ലോ ചാനലുകൾക്കിടയിൽ സാൻഡ്വിച്ച് ചെയ്ത ഇലക്ട്രോഡ് സെപ്പറേറ്ററായി പ്രവർത്തിക്കുന്നു.കാഥോഡ് ഇലക്ട്രോഡായി വർത്തിക്കുന്നതിനായി ഗ്യാസ് ഡിഫ്യൂഷൻ ഇലക്ട്രോഡിലേക്ക് (ജിഡിഇ) കാറ്റലിസ്റ്റ് നിശ്ചലമാക്കപ്പെടുന്നു, അതിൽ വാതകമായ CO2 നേരിട്ട് നൽകപ്പെടുന്നു.0.5 M KHCO3 പോലെയുള്ള കാത്തോലൈറ്റ്, കാറ്റലിസ്റ്റ് ഇലക്ട്രോഡിനും PEM നും ഇടയിലുള്ള നേർത്ത പാളിയിൽ തുടർച്ചയായി ഒഴുകുന്നു.കൂടാതെ, ഓക്സിജൻ പരിണാമ പ്രതിപ്രവർത്തനത്തിന് (43, 110) ജലീയ ഇലക്ട്രോലൈറ്റ് ഉപയോഗിച്ച് ആനോഡ് സൈഡ് സാധാരണയായി പ്രചരിക്കുന്നു.എച്ച്-ടൈപ്പ് സെല്ലുകളുമായി താരതമ്യപ്പെടുത്തുമ്പോൾ, ഈ മെംബ്രൺ അടിസ്ഥാനമാക്കിയുള്ള ഫ്ലോ സെല്ലുകൾ വളരെ മികച്ച ECR പ്രകടനം കാണിക്കുന്നു.ഉദാഹരണത്തിന്, സാർജൻ്റും സഹപ്രവർത്തകരും (43) ചിത്രം 8 (ബി മുതൽ ഇ വരെ) ചിത്രീകരിച്ചിരിക്കുന്നതുപോലെ, എച്ച്-ടൈപ്പ് സെല്ലിലും ഫ്ലോ സെല്ലിലും Cu2S-Cu-V കാറ്റലിസ്റ്റിൻ്റെ ECR പ്രകടനം വിലയിരുത്തി.എച്ച്-ടൈപ്പ് സെല്ലുകൾ ഉപയോഗിച്ച്, C2+ ഉൽപ്പന്നങ്ങൾക്കുള്ള പരമാവധി FE 41% ആയിരുന്നു, മൊത്തം നിലവിലെ സാന്ദ്രത ~30 mA cm−2 -0.95 V-ന് താഴെ RHE-നേക്കാൾ.എന്നിരുന്നാലും, C2+ ഉൽപ്പന്നങ്ങൾക്കായുള്ള FE 53% ആയി വർദ്ധിച്ചു, മൊത്തം നിലവിലെ സാന്ദ്രത 400 mA cm−2-ന് താഴെ -0.92 V-ന് താഴെ RHE-നേക്കാൾ കൂടുതലാണ്.ഫ്ലോ റിയാക്റ്റർ ഉപയോഗിച്ചുള്ള അത്തരം സുപ്രധാന പ്രകടന മെച്ചപ്പെടുത്തൽ മെച്ചപ്പെടുത്തിയ CO2 ഡിഫ്യൂഷനും അടിച്ചമർത്തപ്പെട്ട സൈഡ് റിയാക്ഷനുകളുമാണ്, പ്രധാനമായും പ്രാദേശിക ഗ്യാസ്-ഇലക്ട്രോലൈറ്റ്-കാറ്റലിസ്റ്റ് ട്രിപ്പിൾ-ഇൻ്റർഫേസ് ആർക്കിടെക്ചറിൽ നിന്ന് ഉത്ഭവിച്ചത്.

(A) ഇലക്ട്രോഡ്-ഇലക്ട്രോലൈറ്റ് ഇൻ്റർഫേസിൻ്റെ സൂം-ഇൻ സ്കീമാറ്റിക് ഉള്ള ഫ്ലോ ഇലക്ട്രോലൈസറിൻ്റെ ഒരു ഡയഗ്രം.(എ) ജോൺ വൈലി ആൻഡ് സൺസിൻ്റെ (30) അനുമതിയോടെ പുനർനിർമ്മിക്കുന്നു.(ബി മുതൽ ഇ വരെ) എച്ച്-ടൈപ്പ് സെല്ലും ഫ്ലോ സെല്ലും ഉപയോഗിച്ചുള്ള ഇസിആർ പ്രകടനത്തിൻ്റെ താരതമ്യം.(ബി) മുതൽ (ഇ) വരെ നേച്ചർ പബ്ലിഷിംഗ് ഗ്രൂപ്പിൻ്റെ (43) അനുമതിയോടെ പുനർനിർമ്മിക്കുന്നു.(F മുതൽ H വരെ) ECR പ്രകടനത്തിന് വിപരീതമായി ഫ്ലോ സെല്ലുകളിൽ പ്രയോഗിക്കുന്ന വ്യത്യസ്ത ഇലക്ട്രോലൈറ്റുകൾ.(എഫ്) മുതൽ (എച്ച്) വരെ ജോൺ വൈലി ആൻഡ് സൺസിൻ്റെ (30) അനുമതിയോടെ പുനർനിർമ്മിക്കുന്നു.(I മുതൽ K വരെ) പോളിമർ അടിസ്ഥാനമാക്കിയുള്ള ഗ്യാസ് ഡിഫ്യൂഷൻ ഇലക്ട്രോഡിൻ്റെ ഘടനയും സ്ഥിരത പ്രകടനവും.(I) മുതൽ (K) വരെ AAAS (33)-ൽ നിന്നുള്ള അനുമതിയോടെ പുനർനിർമ്മിക്കുന്നു.

സീറോ ഗ്യാപ് സെൽ എന്നത് ഇലക്ട്രോലൈസറുകളുടെ മറ്റൊരു ഉയർന്ന വിഭാഗമാണ്, ഇത് ഫ്ലോ സെല്ലുകളിലെ ഫ്ലോ ചാനലുകളെ കൂടുതൽ നീക്കംചെയ്യുകയും രണ്ട് ഇലക്ട്രോഡുകൾ ഒരുമിച്ച് ഒരു അയോൺ എക്സ്ചേഞ്ച് മെംബ്രൺ ഉപയോഗിച്ച് അമർത്തുകയും ചെയ്യുന്നു.ഈ കോൺഫിഗറേഷന് മാസ് ട്രാൻസ്ഫർ, ഇലക്ട്രോൺ ട്രാൻസ്ഫർ പ്രതിരോധം എന്നിവ ഗണ്യമായി കുറയ്ക്കുകയും അങ്ങനെ ഊർജ്ജ കാര്യക്ഷമത മെച്ചപ്പെടുത്തുകയും പ്രായോഗിക പ്രയോഗങ്ങളിൽ ഇത് കൂടുതൽ പ്രായോഗികമാക്കുകയും ചെയ്യും (110).കാഥോഡിലേക്ക് നൽകുന്ന പ്രതിപ്രവർത്തനങ്ങൾ ഒന്നുകിൽ CO2-പൂരിത കാത്തോലൈറ്റ് അല്ലെങ്കിൽ ഈർപ്പമുള്ള CO2 സ്ട്രീം ആകാം.CO2 റിഡക്ഷൻ സ്പീഷീസുകളുടെ (111) ചാർജ് നികത്താൻ പ്രോട്ടോൺ റിലീസിനായി ആനോഡിലേക്ക് ജല നീരാവി അല്ലെങ്കിൽ ജലീയ ഇലക്ട്രോലൈറ്റ് നിർബന്ധമായും നൽകപ്പെടുന്നു.Gutierrez-Guerra et al.(109) സീറോ ഗ്യാപ് സെല്ലിലെ Cu-AC ഹൈബ്രിഡ് കാറ്റലിസ്റ്റിൻ്റെ പ്രകടനം വിലയിരുത്തി, 60% ഉയർന്ന സെലക്ടിവിറ്റി ഉള്ള പ്രധാന ഉൽപ്പന്നമാണ് അസറ്റാൽഡിഹൈഡ് എന്ന് റിപ്പോർട്ട് ചെയ്തു.ഈ ഉപകരണത്തിൻ്റെ മറ്റൊരു നേട്ടമെന്ന നിലയിൽ, റിയാക്ടൻ്റ് ഫ്ലോയിൽ സമ്മർദ്ദം ചെലുത്തുന്നതും പ്രാദേശിക CO2 സാന്ദ്രത ഗണ്യമായി വർദ്ധിപ്പിക്കുന്നതും വളരെ എളുപ്പമാണ്, അങ്ങനെ വലിയ വൈദ്യുത സാന്ദ്രതയും ഉയർന്ന പ്രതികരണ നിരക്കും (110) ഉണ്ടാകുന്നു.എന്നിരുന്നാലും, സീറോ ഗ്യാപ്പ് സെല്ലുകളിലെ ത്വരിതപ്പെടുത്തിയ അയോൺ എക്സ്ചേഞ്ച് നിരക്ക് കാത്തോലൈറ്റിനെ അമ്ലമാക്കുന്നു, CO2 റിഡക്ഷൻ (112) എന്നതിനുപകരം H2 പരിണാമത്തിലേക്ക് പ്രതികരണം മാറ്റുന്നു.ഈ പ്രശ്നം പരിഹരിക്കാൻ, CO2 റിഡക്ഷൻ പ്രതികരണത്തിനായി കാഥോഡിന് സമീപം ശരിയായ pH നിലനിർത്താൻ കാഥോഡിനും മെംബ്രണിനുമിടയിൽ രക്തചംക്രമണമുള്ള ജലീയ ഇലക്‌ട്രോലൈറ്റ് ഉള്ള ഒരു ബഫർ പാളി Zhou യും സഹപ്രവർത്തകരും (112, 113) ചേർത്തു.അസെറ്റോൺ, എത്തനോൾ, എൻ-പ്രൊപനോൾ എന്നിവയുൾപ്പെടെ സീറോ ഗ്യാപ്പ് സെല്ലുകളുടെ അടിസ്ഥാനത്തിൽ വിവിധ C2+ ഉൽപ്പന്നങ്ങൾ കണ്ടെത്തിയെങ്കിലും, FE-കൾ ഇപ്പോഴും താരതമ്യേന കുറവാണ്.റിഡക്ഷൻ റിയാക്ഷൻ സമയത്ത് കുറച്ച് പ്രോട്ടോൺ, ഇലക്ട്രോൺ ട്രാൻസ്ഫറുകൾ ഉൾപ്പെടുന്ന C1 ഉൽപ്പന്നങ്ങളിൽ എല്ലായ്‌പ്പോഴും ശ്രദ്ധ കേന്ദ്രീകരിക്കുന്നതായി റിപ്പോർട്ട് ചെയ്യപ്പെട്ട മിക്ക പഠനങ്ങളും.അതിനാൽ, C2+ ഉൽപ്പന്നങ്ങൾക്കായുള്ള സീറോ ഗ്യാപ്പ് സെല്ലിൻ്റെ സാധ്യത ഇപ്പോഴും ചർച്ചയിലാണ് (110).

കൂടാതെ, കെനിസും സഹപ്രവർത്തകരും (39, 114) വികസിപ്പിച്ചെടുത്ത വളരെ ആകർഷകമായ ഇലക്‌ട്രോലൈസർ കോൺഫിഗറേഷനാണ് മൈക്രോഫ്ലൂയിഡിക് ഇലക്‌ട്രോലൈറ്റിക് സെല്ലുകൾ (എംഇസി).ഈ ഉപകരണത്തിൽ, ആനോഡും കാഥോഡും വേർതിരിക്കുന്നതിന്, മെംബ്രണിനു പകരം ഒരു നേർത്ത ഇടം (<1 മില്ലിമീറ്റർ കനം) ഒഴുകുന്ന ഇലക്ട്രോലൈറ്റ് സ്ട്രീം കൊണ്ട് നിറഞ്ഞിരിക്കുന്നു.CO2 തന്മാത്രകൾ കാഥോഡിനടുത്തുള്ള ഇലക്ട്രോഡ്-ഇലക്ട്രോലൈറ്റ് ഇൻ്റർഫേസിലേക്ക് വേഗത്തിൽ വ്യാപിക്കും, കൂടാതെ രണ്ട് സ്ഥിരമായ ജിഡിഇകളും ഒഴുകുന്ന ഇലക്ട്രോലൈറ്റ് വഴി ഫ്ലഷ് ചെയ്യപ്പെടുന്നു.മെംബ്രൻ അധിഷ്ഠിത ഫ്ലോ സെല്ലുകളുമായി താരതമ്യപ്പെടുത്തുമ്പോൾ, എംഇസികൾ ഉയർന്ന മെംബ്രൺ ചെലവ് ഒഴിവാക്കുക മാത്രമല്ല, ജല മാനേജ്മെൻ്റ് ലഘൂകരിക്കുകയും ചെയ്യുന്നു, ഇത് ജല തന്മാത്രകളുടെ ഓസ്മോട്ടിക് ഡ്രാഗ് കാരണം ഉയർന്ന കറൻ്റ് സാന്ദ്രതയിൽ പ്രവർത്തിക്കുമ്പോൾ ആനോഡ് ഡ്രൈ-ഔട്ട്, കാഥോഡ് വെള്ളപ്പൊക്കം എന്നിവയെ സൂചിപ്പിക്കുന്നു. ആനോഡിൽ നിന്ന് കാഥോഡിലേക്ക് സ്തരത്തിലൂടെയുള്ള പ്രോട്ടോൺ ഗതാഗതം (115).നമുക്കറിയാവുന്നിടത്തോളം, ശ്രദ്ധേയമായ നേട്ടങ്ങളും നേട്ടങ്ങളും ഉണ്ടായിരുന്നിട്ടും, ഒറിജിനൽ MEC-കളിൽ C2+ ഉൽപ്പന്നങ്ങൾ നേടിയത് വളരെ കുറച്ച് പഠനങ്ങളാണ്.ആനോഡിൽ രൂപം കൊള്ളുന്ന പ്രോട്ടോണുകൾ കാഥോഡ് പരിസരത്ത് നിന്ന് എളുപ്പത്തിൽ ഒഴുകിപ്പോകുകയോ അല്ലെങ്കിൽ ഒഴുകുന്ന ഇലക്ട്രോലൈറ്റ് വഴി കഴുകുകയോ ചെയ്യുന്ന "ഫ്ലോട്ടിംഗ്" ഇഫക്റ്റ് മൂലമാണ് ഇത് സംഭവിക്കുന്നത്, പകരം ആവശ്യമായ C2+ രൂപീകരണ പ്രതികരണത്തിൽ പങ്കെടുക്കുന്നു.ഇനിപ്പറയുന്ന ഉദാഹരണത്തിലൂടെ ഊഹാപോഹങ്ങൾ സ്ഥിരീകരിക്കാം.2016-ൽ, കെനിസും സഹപ്രവർത്തകരും (31) പരിഷ്കരിച്ചതും മെംബ്രൺ അടങ്ങിയതുമായ MEC-യിൽ CO2-ലേക്ക് C2+ ഉൽപ്പന്നങ്ങൾ വിജയകരമായി കുറച്ചതായി റിപ്പോർട്ട് ചെയ്തു, അതിൽ NGQD-കൾക്ക് CO2 തന്മാത്രകളെ C2+ ആയി 55% FE (31%, ethylene-ന്, 14%) കുറയ്ക്കാൻ കഴിയും. എത്തനോൾ, 6% അസറ്റേറ്റ്, 4% n-പ്രൊപ്പനോളിന്) 1 M KOH ലായനിയിൽ RHE യ്‌ക്കെതിരെ −0.75 V ൻ്റെ പ്രായോഗിക ശേഷിയിൽ.ഒരു ഇലക്‌ട്രോലൈറ്റ് പരിതസ്ഥിതി ഉൽപ്പന്ന സെലക്റ്റിവിറ്റിയെയും സാരമായി ബാധിക്കുമെന്ന് ചൂണ്ടിക്കാണിക്കേണ്ടത് പ്രധാനമാണ്.ഉദാഹരണത്തിന്, ജിയാവോയും സഹപ്രവർത്തകരും (30) ഒരു നാനോപോറസ് Cu കാറ്റലിസ്റ്റ് സമന്വയിപ്പിക്കുകയും തുടർന്ന് അതിൻ്റെ ECR പ്രകടനം വ്യത്യസ്ത ഇലക്ട്രോലൈറ്റുകൾ (KHCO3, KOH, K2SO4, കൂടാതെ KCl) ഉപയോഗിച്ച് ഒരു മെംബ്രൺ അടിസ്ഥാനമാക്കിയുള്ള MEC-ൽ പരീക്ഷിക്കുകയും ചെയ്തു.ആൽക്കലൈൻ ഇലക്ട്രോലൈറ്റിലെ (KOH) CO2 റിഡക്ഷൻ ഏറ്റവും ഉയർന്ന C2+ സെലക്ടിവിറ്റിയും നിലവിലെ സാന്ദ്രതയും കാണിക്കുന്നുവെന്ന് അവർ വെളിപ്പെടുത്തി, ചിത്രം 8 (F, G) ൽ കാണിച്ചിരിക്കുന്നു.1 M KOH ഇലക്‌ട്രോലൈറ്റിൽ RHE-യ്‌ക്കെതിരെ −0.67 V-ൽ, C2+ ന് ലഭിച്ച FE 653 mA cm−2 എന്ന ഭാഗിക നിലവിലെ സാന്ദ്രതയോടെ 62% വരെ എത്തുന്നു, ഇത് ഇലക്ട്രോകെമിക്കൽ CO2 കുറയ്ക്കലുകളിൽ ഇതുവരെ റിപ്പോർട്ട് ചെയ്യപ്പെട്ടിട്ടുള്ളതിൽ വച്ച് ഏറ്റവും ഉയർന്ന നിലവിലെ സാന്ദ്രതകളിൽ ഒന്നാണ്. C2+ ഉൽപ്പന്നങ്ങളിലേക്ക്.എഥിലീൻ (38.6%), എത്തനോൾ (16.6%), എൻ-പ്രൊപനോൾ (4.5%) എന്നിവയാണ് ചെറിയ അളവിൽ അസറ്റേറ്റ് അടങ്ങിയ പ്രധാന C2+ ഉൽപ്പന്നങ്ങൾ.C2+ ഉൽപന്നങ്ങൾക്കായി കണക്കാക്കിയ ഉപരിതല pH ഉം FE ഉം തമ്മിൽ ശക്തമായ ബന്ധമുണ്ടെന്നും അവർ ചൂണ്ടിക്കാട്ടി: ഉയർന്ന ഉപരിതല pH, ഉയർന്ന വൈദ്യുത സാന്ദ്രത, C2+ ഉൽപ്പന്നങ്ങളുടെ വിളവ്, ചിത്രം 8H-ൽ ചിത്രീകരിച്ചിരിക്കുന്നത് പോലെ.ഉപരിതലത്തിന് സമീപമുള്ള OH− അയോണുകൾക്ക് C─C കപ്ലിംഗ് സുഗമമാക്കാൻ കഴിയുമെന്ന് സൈദ്ധാന്തിക കണക്കുകൂട്ടൽ നിർദ്ദേശിച്ചു (31).

ഇലക്‌ട്രോലൈസർ കോൺഫിഗറേഷനു പുറമേ, വിവിധ ഇലക്‌ട്രോലൈസറുകളിൽ പ്രയോഗിക്കുന്ന ഇലക്‌ട്രോലൈറ്റിനും അന്തിമ ഇസിആർ ഉൽപ്പന്നങ്ങളിൽ കാര്യമായ മാറ്റം വരുത്താൻ കഴിയും.ഞങ്ങൾ മുകളിൽ സൂചിപ്പിച്ചതുപോലെ, ഉയർന്ന ആൽക്കലൈൻ KOH പരിഹാരങ്ങൾ എല്ലായ്പ്പോഴും എച്ച്-ടൈപ്പ് സെല്ലുകളേക്കാൾ മികച്ച പ്രകടനമുള്ള ഫ്ലോ സെല്ലുകളിൽ ഉപയോഗിക്കുന്നു.KOH ഇലക്‌ട്രോലൈറ്റിന് ഉയർന്ന ഇലക്‌ട്രോലൈറ്റ് ചാലകത നൽകാനും കാറ്റലിസ്റ്റിലും ബൾക്ക് ഇലക്‌ട്രോലൈറ്റിലുമുള്ള നേർത്ത ഇലക്‌ട്രോലൈറ്റ് കോട്ടിംഗുകൾക്കിടയിലുള്ള ഓമിക് പ്രതിരോധം കുറയ്‌ക്കാനും C2+ രൂപീകരണത്തിന് ആവശ്യമായ ഓവർപോട്ടൻഷ്യലുകൾ കുറയ്ക്കാനും കഴിയും (31).OH− അയോണുകളുടെ സാന്നിധ്യം CO ഡൈമറൈസേഷനുള്ള ഊർജ്ജ തടസ്സം കുറയ്ക്കുമെന്ന് DFT ഫലങ്ങൾ കൂടുതൽ സ്ഥിരീകരിക്കുന്നു, അങ്ങനെ C2+ രൂപീകരണം വർദ്ധിപ്പിക്കുകയും C1, H2 രൂപീകരണത്തിൽ നിന്നുള്ള മത്സരത്തെ അടിച്ചമർത്തുകയും ചെയ്യുന്നു (30, 33).എന്നിരുന്നാലും, H-തരം സെല്ലുകളിൽ ആൽക്കലൈൻ KOH ഇലക്ട്രോലൈറ്റായി ഉപയോഗിക്കാൻ കഴിഞ്ഞില്ല.കാരണം, CO2 സ്ട്രീമുകൾ KOH ലായനികളുമായി അതിവേഗം പ്രതിപ്രവർത്തിക്കുകയും H- ടൈപ്പ് സെല്ലുകളിൽ ന്യൂട്രൽ pH ഉള്ള ഒരു ബൈകാർബണേറ്റ് ലായനി സൃഷ്ടിക്കുകയും ചെയ്യും (30).ഫ്ലോ സെല്ലുകളിൽ, GDE വഴി CO2 വ്യാപിച്ചുകഴിഞ്ഞാൽ, CO2 തന്മാത്രകൾ ട്രിപ്പിൾ ബൗണ്ടറി ഘട്ടത്തിൽ (CO2-കാറ്റലിസ്റ്റ്-ഇലക്ട്രോലൈറ്റ്) ഉപഭോഗം ചെയ്യപ്പെടും, അത് ഉടൻ തന്നെ കുറഞ്ഞ ഉൽപ്പന്നങ്ങൾ രൂപപ്പെടുത്തും.കൂടാതെ, ഇലക്‌ട്രോലൈറ്റിൻ്റെ മോശം ബഫറിംഗ് കപ്പാസിറ്റിക്ക് സ്റ്റേഷണറി ഇലക്‌ട്രോലൈസർ കോൺഫിഗറേഷനുകളിൽ ഇലക്‌ട്രോഡിന് ചുറ്റുമുള്ള pH വേഗത്തിൽ വർദ്ധിപ്പിക്കാൻ കഴിയും, അതേസമയം ഒഴുകുന്ന ഇലക്‌ട്രോലൈറ്റ് ഉപരിതലത്തെ പുതുക്കുകയും ഇലക്ട്രോലൈറ്റിലെ pH വ്യതിയാനം കുറയ്ക്കുകയും ചെയ്യും (33, 116).

ECR ഒരു ഡിഫ്യൂഷൻ നിയന്ത്രിത പ്രതികരണമാണെന്ന് മുകളിൽ സൂചിപ്പിച്ചതുപോലെ, ഉയർന്ന പ്രതികരണ മർദ്ദം ബൾക്ക്, ഇൻ്റർഫേസ് CO2 സാന്ദ്രതയെ ഗണ്യമായി വർദ്ധിപ്പിക്കും.സാധാരണ ഉയർന്ന മർദ്ദത്തിലുള്ള റിയാക്ടറുകൾ സ്റ്റെയിൻലെസ് സ്റ്റീൽ ഓട്ടോക്ലേവിന് സമാനമാണ്, അതിൽ ഉയർന്ന മർദ്ദം CO2 (60 atm വരെ) സെല്ലിലേക്ക് അവതരിപ്പിക്കാൻ കഴിയും, ഇത് FE യിലും C2+ ൻ്റെ നിലവിലെ സാന്ദ്രതയിലും ഗണ്യമായ വർദ്ധനവിന് കാരണമാകുന്നു. , 118).എഥിലീൻ പ്രധാന ഉൽപന്നമായ Cu ഇലക്‌ട്രോഡിൽ നിലവിലെ സാന്ദ്രത 163 mA cm−2 ആയി 30 atm ആയി ഉയർത്താൻ കഴിയുമെന്ന് സകാറ്റയും സഹപ്രവർത്തകരും (119) കാണിച്ചു.ആംബിയൻ്റ് മർദ്ദത്തിൽ C2+ ഉൽപ്പാദനത്തിന് യാതൊരു പ്രവർത്തനവുമില്ലാത്ത പല ലോഹ ഉൽപ്രേരകങ്ങളും (ഉദാ, Fe, Co, Ni) ഉയർന്ന മർദ്ദത്തിൽ CO2-നെ എഥിലീൻ, ഈഥെയ്ൻ, പ്രൊപ്പെയ്ൻ, മറ്റ് ഉയർന്ന-ഓർഡർ C2+ ഉൽപ്പന്നങ്ങൾ എന്നിവയിലേക്ക് കുറയ്ക്കും.ഇലക്‌ട്രോഡ് പ്രതലത്തിൽ (117, 120) CO2 ലഭ്യതയിൽ മാറ്റം വരുത്തുന്ന രീതിയിലുള്ള CO2 മർദ്ദത്തെ ആശ്രയിച്ചിരിക്കും ഉൽപ്പന്നങ്ങളുടെ സെലക്റ്റിവിറ്റി പ്രകടമായത് എന്ന് തെളിയിക്കപ്പെട്ടിട്ടുണ്ട്.പ്രധാനമായി കുറച്ച ഉൽപ്പന്നങ്ങൾ H2-ൽ നിന്ന് ഹൈഡ്രോകാർബണുകളിലേക്കും (C2+ ഉൾപ്പെടുത്തി) അവസാനമായി CO/HCOOH ആയും വർദ്ധിച്ച CO2 മർദ്ദം ഉപയോഗിച്ച് മാറ്റുന്നു.ശ്രദ്ധേയമായി, CO2 മർദ്ദം ശ്രദ്ധാപൂർവ്വം നിരീക്ഷിക്കണം, കാരണം അമിതമായ ഉയർന്നതോ താഴ്ന്നതോ ആയ CO2 മർദ്ദം അമിതമായതോ പരിമിതമായതോ ആയ CO2 വ്യാപന നിരക്ക് ഉണ്ടാക്കും, ഇത് CO/HCOOH അല്ലെങ്കിൽ H2 ൻ്റെ ഉത്പാദനത്തെ അനുകൂലിക്കുന്നു.ഇലക്‌ട്രോഡ് പ്രതലത്തിൽ ഉൽപ്പാദിപ്പിക്കുന്ന ഇൻ്റർമീഡിയറ്റ് CO യുടെയും നിലവിലെ സാന്ദ്രതയുടെയും അനുയോജ്യമായ അളവിന് മാത്രമേ C─C കപ്ലിംഗ് പ്രതികരണത്തെ സുഗമമാക്കാനും C2+ ഉൽപ്പന്ന സെലക്റ്റിവിറ്റി വർദ്ധിപ്പിക്കാനും കഴിയൂ (119).

സെലക്ടീവ് C2+ ഉൽപ്പാദനം വർദ്ധിപ്പിക്കുന്നതിനുള്ള മറ്റൊരു പ്രധാന ദിശയാണ് നൂതന ഘടനകളുള്ള ഒരു നോവൽ ഇലക്ട്രോഡ് രൂപകൽപ്പന ചെയ്യുന്നത്.പ്രാരംഭ ഘട്ടത്തിൽ, പ്രവർത്തിക്കുന്ന ഇലക്ട്രോഡുകൾ നോൺപോറസ് മെറ്റൽ ഫോയിലുകളാണ്, കൂടാതെ മന്ദഗതിയിലുള്ള മാസ് ട്രാൻസ്ഫർ (26, 105).തൽഫലമായി, കാറ്റലിസ്റ്റ് കണികകളിലേക്ക് CO2 വ്യാപനം സുഗമമാക്കുന്ന ഹൈഡ്രോഫോബിക് ചാനലുകൾ നൽകിക്കൊണ്ട് മോശം സെൽ പ്രകടനത്തെ ലഘൂകരിക്കാൻ GDE നിർദ്ദേശിക്കപ്പെട്ടു (121).ചിത്രം 8A (30, 33) യുടെ താഴത്തെ ഭാഗത്ത് കാണിച്ചിരിക്കുന്നതുപോലെ പരമ്പരാഗത GDE സാധാരണയായി ഒരു കാറ്റലിസ്റ്റ് ലെയറും (CL) ഗ്യാസ് ഡിഫ്യൂഷൻ ലെയറും (GDL) ഉൾക്കൊള്ളുന്നു.സെല്ലിൻ്റെ പ്രകടനം മെച്ചപ്പെടുത്തുന്നതിന് GDE-യിൽ രൂപംകൊണ്ട ഗ്യാസ്-ലിക്വിഡ്-കാറ്റലിസ്റ്റ് ഇൻ്റർഫേസ് നിർണായകമാണ്.സുഷിര സാമഗ്രികൾ (സാധാരണ കാർബൺ പേപ്പർ) ഉപയോഗിച്ച് കൂട്ടിച്ചേർത്ത ജിഡിഎല്ലിന് ധാരാളം CO2 പാതകൾ നൽകാനും ദ്രുത ഇലക്ട്രോലൈറ്റ് വ്യാപന നിരക്ക് ഉറപ്പാക്കാനും കഴിയും.പ്രോട്ടോണുകൾ, ഇലക്ട്രോണുകൾ, CL-ൽ നിന്ന് ഇലക്ട്രോലൈറ്റിലേക്ക് റിഡക്ഷൻ ഉൽപ്പന്നങ്ങൾ എന്നിവയ്ക്കുള്ള കുറഞ്ഞ പ്രതിരോധ ഗതാഗത മാധ്യമമായും ഇത് പ്രവർത്തിക്കുന്നു (121).ഡ്രോപ്പ് കാസ്റ്റിംഗ്, എയർബ്രഷിംഗ്, ഇലക്ട്രോഡെപോസിഷൻ എന്നിവയാണ് ജിഡിഇകൾ തയ്യാറാക്കുന്നതിനുള്ള പൊതുവായ സാങ്കേതികവിദ്യകൾ (122).C2+ ഉൽപ്പന്നങ്ങളിലേക്കുള്ള CO2 ഇലക്‌ട്രോഡക്ഷനിൽ GDE-കൾക്കൊപ്പം കൂട്ടിച്ചേർത്ത കാറ്റലിസ്റ്റുകൾ തീവ്രമായി പരിശോധിച്ചു.ശ്രദ്ധേയമായി, അനുകൂലമായ പ്രകടനമുള്ള മേൽപ്പറഞ്ഞ ഫ്ലോ സെല്ലുകൾ എല്ലാം GDE-കൾക്കൊപ്പം ചേർന്നതാണ്.1990-ൽ തന്നെ, 667 mA cm−2 ഉയർന്ന സാന്ദ്രതയുള്ള എഥിലീനിന് Cu-coated GDE-കൾ 53% ഉയർന്ന FE നേടിയതായി Sammels ഉം സഹപ്രവർത്തകരും (123) റിപ്പോർട്ട് ചെയ്തു.എഥിലീൻ, എത്തനോൾ എന്നിവയുടെ സെലക്ടിവിറ്റി വർദ്ധിപ്പിക്കുക എന്നത് ഒരു വലിയ വെല്ലുവിളിയാണ്, അത് ക്യൂ-അധിഷ്ഠിത കാറ്റലിസ്റ്റുകളിൽ വളരെ സാമ്യമുള്ള മെക്കാനിസ്റ്റിക് പ്രതിപ്രവർത്തന പാതകൾ കാരണം എല്ലായ്പ്പോഴും സഹകരിച്ച് ഉത്പാദിപ്പിക്കപ്പെടുന്നു.കൂടാതെ, എത്തനോളുമായി താരതമ്യപ്പെടുത്തുമ്പോൾ എഥിലീൻ്റെ ഉയർന്ന ഉൽപ്പാദനക്ഷമതയും സെലക്റ്റിവിറ്റിയും Cu-അടിസ്ഥാനമായ GDE-യിൽ നിരീക്ഷിക്കപ്പെട്ടിട്ടുണ്ട് (25, 36).Gewirth ഉം സഹപ്രവർത്തകരും (36) ഇലക്‌ട്രോഡെപോസിറ്റഡ് Cu-Ag GDE-യിൽ 60% എഥിലീനിന് മികച്ച എഫ്ഇയും 25% എഥനോളിനായി അടിച്ചമർത്തപ്പെട്ട FE യും കാണിച്ചു, മൊത്തം നിലവിലെ സാന്ദ്രത -0.7 V-ൽ ~300 mA cm−2-ൽ എത്തിയപ്പോൾ. RHE.ഒരു വലിയ കറൻ്റ് ഡെൻസിറ്റിയിൽ ഇത്രയും ഉയർന്ന സെലക്ടിവിറ്റി നേടിയ അപൂർവ സൃഷ്ടിയാണിത്.ഈ കണ്ടെത്തൽ സൂചിപ്പിക്കുന്നത്, GDE-ഇൻകോർപ്പറേറ്റഡ് ഇലക്ട്രോഡ് പ്രതികരണ പാതകൾ ട്യൂൺ ചെയ്യുന്നതിനുള്ള ഒരു നല്ല വഴി നൽകുന്നു, അതിൽ കുറഞ്ഞ ഉൽപ്പന്നങ്ങളുടെ തിരഞ്ഞെടുക്കൽ ഉയർന്ന കറൻ്റ് സാന്ദ്രതയിൽ ലഭിക്കും.

ഫ്ലോ സെല്ലുകളുടെ പ്രായോഗിക പ്രയോഗം സാക്ഷാത്കരിക്കുന്നതിന് സുസ്ഥിരമായ ദീർഘകാല പ്രവർത്തനം അനിവാര്യമായതിനാൽ ജിഡിഇകളുടെ സ്ഥിരത പരിഹരിക്കപ്പെടേണ്ട ഒരു പ്രധാന പ്രശ്നമാണ്.GDE-കൾക്കൊപ്പം മികച്ച CO2-to-C2+ പ്രകടനം കൈവരിച്ചിട്ടും, കാറ്റലിസ്റ്റ്, GDL, ബൈൻഡർ പാളികൾ എന്നിവയുടെ ദുർബലമായ മെക്കാനിക്കൽ അഡീഷൻ കാരണം സ്ഥിരത ഇപ്പോഴും മോശമാണ് (77, 124).ഇലക്ട്രോകെമിക്കൽ പ്രതിപ്രവർത്തനത്തിൻ്റെ സമയത്ത് GDL-ൻ്റെ കാർബൺ ഉപരിതലം ഹൈഡ്രോഫോബിക്കിൽ നിന്ന് ഹൈഡ്രോഫിലിക്കിലേക്ക് മാറിയേക്കാം, ഇത് ഉയർന്ന ഓവർപോട്ടൻഷ്യലുകളിൽ സംഭവിക്കുന്ന ഓക്സിഡേഷൻ പ്രതിപ്രവർത്തനം കാരണം GDL-ലെ വെള്ളപ്പൊക്കത്തിനും CO2 വ്യാപന പാതകൾ തടസ്സപ്പെടുത്തുന്നതിനും ഇടയാക്കുന്നു (33).ഈ പ്രശ്നം പരിഹരിക്കാൻ, ഗവേഷകർ പോളിടെട്രാഫ്ലൂറോഎത്തിലീൻ (PTFE) ൻ്റെ ഹൈഡ്രോഫോബിക് സ്കാർഫോൾഡ് GDE-കളിൽ സംയോജിപ്പിച്ചു.ഹൈഡ്രോഫിലിക് നാഫിയോണുമായി താരതമ്യപ്പെടുത്തുമ്പോൾ, ഒരു ഹൈഡ്രോഫോബിക് PTFE ലെയർ ഒരു മികച്ച ദീർഘകാല സ്ഥിരത നൽകുന്നു (33).സാർജൻ്റും സഹപ്രവർത്തകരും (33) വേർതിരിച്ച PTFE, കാർബൺ NP-കൾക്കിടയിൽ ഒരു Cu കാറ്റലിസ്റ്റ് കൂട്ടിച്ചേർക്കുന്നു, അതിൽ ഹൈഡ്രോഫോബിക് PTFE പാളിക്ക് NP-കളെയും ഗ്രാഫൈറ്റ് പാളികളെയും നിശ്ചലമാക്കാൻ കഴിയും, അങ്ങനെ ഒരു സ്ഥിരതയുള്ള ഇലക്ട്രോഡ് ഇൻ്റർഫേസ് നിർമ്മിക്കുന്നു (ചിത്രം 8, I, J).തൽഫലമായി, 75 മുതൽ 100 ​​mA cm−2 വരെയുള്ള നിലവിലെ സാന്ദ്രതയിൽ 7 M KOH ലായനിയിൽ എഥിലീൻ ഉൽപാദനത്തിനുള്ള FE 70% ആയി ഉയർത്തി.ഈ ഫ്ലോ റിയാക്ടറിൻ്റെ ആയുസ്സ് 150 മണിക്കൂറിലധികം നീണ്ടു, എഥിലീൻ സെലക്റ്റിവിറ്റിയിൽ നിസ്സാരമായ നഷ്ടം സംഭവിച്ചു, ഇത് പരമ്പരാഗത GDE-കളേക്കാൾ 300 മടങ്ങ് കൂടുതലാണ്, ചിത്രം 8K-ൽ കാണിച്ചിരിക്കുന്നത് പോലെ.അത്തരമൊരു സാൻഡ്‌വിച്ച് ഘടന ഒരു മികച്ച GDE ഡിസൈൻ ആണെന്ന് തെളിയിക്കപ്പെട്ടിട്ടുണ്ട്.ഉദാഹരണത്തിന്, Cui ഉം സഹപ്രവർത്തകരും (124) രണ്ട് ഹൈഡ്രോഫോബിക് നാനോപോറസ് പോളിയെത്തിലീൻ ഫിലിമുകളാൽ ക്ലിപ്പ് ചെയ്ത ഒരു സജീവ ഇലക്ട്രോഡ് പാളി ഉപയോഗിച്ച് ഒരു ട്രൈലെയർ ഘടന രൂപകൽപ്പന ചെയ്തു.ബാഹ്യ ഹൈഡ്രോഫോബിക് പാളികൾക്ക് ബൾക്ക് ലായനിയിൽ നിന്നുള്ള ഇലക്ട്രോലൈറ്റ് ഫ്ളക്സിനെ മന്ദഗതിയിലാക്കാൻ കഴിയും, ഇത് പ്രവർത്തിക്കുന്ന ഇലക്ട്രോഡിന് ചുറ്റുമുള്ള സ്ഥിരതയുള്ള ഉയർന്ന പ്രാദേശിക പി.എച്ച്.CO2 ഗതാഗതവും അഡോർപ്ഷനും മെച്ചപ്പെടുത്താൻ കഴിയുന്ന ഇൻ്റർലേയർ സ്പേസിൻ്റെ ഒപ്റ്റിമൈസേഷനും അത്തരമൊരു രൂപകൽപ്പനയിൽ പ്രധാനമാണ് (124).അടുത്തിടെ, കാർബൺ നാനോട്യൂബുകളും GDE-കളിൽ സംയോജിപ്പിച്ചിട്ടുണ്ട്, കാരണം അവയുടെ ഉയർന്ന സുഷിരം, നല്ല ചാലകത, ഹൈഡ്രോഫോബിസിറ്റി എന്നിവ ഇലക്ട്രോണും ബഹുജന ഗതാഗതവും സുഗമമാക്കും (77).

ECR-ൽ ആവേശകരമായ പുരോഗതികൾ ഉണ്ടായിട്ടും, കുറഞ്ഞ ചെലവിൽ, വലിയ തോതിലുള്ള C2+ ഉൽപ്പന്ന ഉൽപ്പാദനത്തിനുള്ള തന്ത്രങ്ങൾ വളരെ വിരളമാണ് (125).ഈ ഘട്ടത്തിൽ, ECR-ൻ്റെ പ്രതികരണ സംവിധാനങ്ങൾ മനസ്സിലാക്കുന്നതിനും ഈ വാഗ്ദാന സാങ്കേതികവിദ്യ വാണിജ്യവത്കരിക്കുന്നതിനുമുള്ള വെല്ലുവിളികളും അവസരങ്ങളും സമാന്തരമാണ്.

കാർബൺ ലൂപ്പ് അടയ്‌ക്കുന്നതിനും കാറ്റ്, സൗരോർജ്ജം എന്നിവ പോലെ ഇടയ്‌ക്കിടെയുള്ള പുനരുപയോഗ ഊർജം സംഭരിക്കുന്നതിനുമുള്ള ഒരു മികച്ച പരിഹാരമെന്ന നിലയിൽ, കഴിഞ്ഞ ദശകങ്ങളിൽ കാര്യക്ഷമമായ CO2 പരിവർത്തനം കൈവരിക്കുന്നതിന് ഗണ്യമായ പുരോഗതി കൈവരിച്ചിട്ടുണ്ട്.ECR-മായി ബന്ധപ്പെട്ട പ്രക്രിയകളെക്കുറിച്ചുള്ള ഗ്രാഹ്യം അതിൻ്റെ ആദ്യകാലങ്ങളിൽ (126) വളരെയേറെ മുന്നോട്ട് പോയിട്ടുണ്ടെങ്കിലും, C2+ ഉൽപ്പന്നങ്ങളിലേക്ക് ECR വഴിയുള്ള C─C കപ്ലിംഗ് ഇപ്പോഴും പ്രായോഗിക പ്രയോഗത്തിന് തയ്യാറായിട്ടില്ല.ഈ അവലോകനത്തിൽ, ഫൈൻ-കാറ്റലിസ്റ്റ് ട്യൂണിംഗ്, ഇലക്ട്രോലൈറ്റ് ഇഫക്റ്റുകൾ, ഇലക്ട്രോകെമിക്കൽ അവസ്ഥകൾ, ഇലക്ട്രോകെമിക്കൽ ഇലക്ട്രോഡ്/റിയാക്ടർ ഡിസൈൻ എന്നിവയുൾപ്പെടെ, ECR വഴി C2+ ഉൽപ്പന്നങ്ങളുടെ സെലക്റ്റിവിറ്റിയും ഉൽപ്പാദന നിരക്കും പ്രോത്സാഹിപ്പിക്കാനാകുന്ന നിലവിലെ തന്ത്രങ്ങൾ ഞങ്ങൾ വിശദമായി പരിശോധിച്ചു.

ഇസിആറിന് വേണ്ടി എല്ലാ ശ്രമങ്ങളും നടത്തിയിട്ടും, ഇസിആർ വാണിജ്യവത്കരിക്കുന്നതിന് മുമ്പ് പരിഹരിക്കപ്പെടേണ്ട നിലവിലെ കാറ്റലിസ്റ്റുകളിലും ഇസിആർ സിസ്റ്റത്തിലും ഇപ്പോഴും നിരവധി പ്രശ്നങ്ങൾ ഉണ്ട്.ഒന്നാമതായി, കാര്യക്ഷമമായ C─C കപ്ലിംഗ് സാക്ഷാത്കരിക്കുന്നതിനുള്ള ആധിപത്യ ഉത്തേജകമെന്ന നിലയിൽ, Cu ഗുരുതരമായ സ്ഥിരത പ്രശ്‌നങ്ങൾ നേരിടുന്നു, പ്രത്യേകിച്ച് ജലീയ ഇലക്‌ട്രോലൈറ്റിൽ, മാത്രമല്ല അവയുടെ ഉയർന്ന ആറ്റങ്ങളുടെ ചലനാത്മകത, കണികകളുടെ സംയോജനം, ECR സാഹചര്യങ്ങളിൽ ഘടനയുടെ അപചയം എന്നിവ കാരണം 100 മണിക്കൂർ അപൂർവ്വമായി നിലനിൽക്കാൻ കഴിയും.അതിനാൽ, Cu-അധിഷ്ഠിത കാറ്റലിസ്റ്റ് ഉപയോഗിച്ച് എങ്ങനെ ദീർഘകാല സ്ഥിരത കൈവരിക്കാം എന്നത് ഇപ്പോഴും ഒരു തുറന്ന വെല്ലുവിളിയാണ്.ശക്തമായ ഇടപെടൽ ഉപയോഗിച്ച് പ്രത്യേക പിന്തുണയിൽ Cu-അധിഷ്ഠിത കാറ്റലിസ്റ്റ് നങ്കൂരമിടുന്നത് കാറ്റലിസ്റ്റ് ഘടന/രൂപശാസ്ത്രം സംരക്ഷിക്കുന്നതിനുള്ള ഒരു വിശ്വസനീയമായ തന്ത്രമായിരിക്കാം, അതുവഴി മെച്ചപ്പെട്ട ആയുസ്സ് പ്രദാനം ചെയ്യുന്നു.കൂടാതെ, ECR സമയത്ത് ജലീയ ലായനി മാറ്റി പകരം വയ്ക്കാൻ ഒരു പോളിമർ മെംബ്രൻ ഇലക്ട്രോലൈറ്റ് ഉപയോഗിക്കുന്നത് Cu-അധിഷ്ഠിത കാറ്റലിസ്റ്റിൻ്റെ സ്ഥിരത വർദ്ധിപ്പിക്കും.കൂടാതെ, കാറ്റലിസ്റ്റുകളുടെ വീക്ഷണകോണിൽ നിന്ന്, കാറ്റലിസ്റ്റ് പ്രകടനത്തിൻ്റെ അപചയം നിരീക്ഷിക്കാനും മനസ്സിലാക്കാനും സിറ്റു/ഇൻ ഓപ്പറാൻഡോ ക്യാരക്‌ടറൈസേഷൻ ടെക്‌നിക്കുകളും സൈദ്ധാന്തിക മോഡലിംഗും ഉപയോഗിക്കേണ്ടതുണ്ട്, അങ്ങനെ, കാറ്റലിസ്റ്റിൻ്റെ ശോഷണവും വിഷബാധയും ഏറ്റവും താഴ്ന്ന നിലയിലേക്ക് അടിച്ചമർത്തുന്നു.ECR കാറ്റലിസ്റ്റുകളുടെ മറ്റൊരു പ്രധാന പ്രശ്നം, വൻതോതിലുള്ള ഉൽപ്പാദനത്തിന് സിന്തസിസ് പ്രോട്ടോക്കോൾ പ്രായോഗികമാക്കുക എന്നതാണ്.ഇതിനായി, വ്യാപകമായി ലഭ്യമായ ഫീഡ്സ്റ്റോക്കുകൾ ഉപയോഗിച്ച് സിന്തറ്റിക് നടപടിക്രമങ്ങൾ കാര്യക്ഷമമാക്കുന്നതാണ് അഭികാമ്യം.

രണ്ടാമതായി, ECR-ൽ നിന്ന് ഉൽപ്പാദിപ്പിക്കുന്ന C2+ ഓക്സിജൻ പരമ്പരാഗത H- അല്ലെങ്കിൽ ഫ്ലോ-സെൽ റിയാക്ടറുകൾക്കുള്ള ഇലക്ട്രോലൈറ്റിലെ ലായനികളുമായി (ഉദാ, KHCO3, KOH) കലർത്തുന്നു, എന്നിരുന്നാലും, ശുദ്ധമായ ദ്രാവക ഇന്ധന ലായനി വീണ്ടെടുക്കുന്നതിന് അധിക വേർതിരിവും സാന്ദ്രതയും ആവശ്യമാണ്. പ്രായോഗിക പ്രയോഗങ്ങൾ.അതേ സമയം, പരിണമിച്ച C2+ ഹൈഡ്രോകാർബണുകളും H2, അവശിഷ്ടമായ CO2 എന്നിവയുമായി കലർത്തിയിരിക്കുന്നു.അതിനാൽ, നിലവിലെ ഇസിആർ സാങ്കേതികവിദ്യയ്ക്ക് ചെലവേറിയ വേർതിരിക്കൽ പ്രക്രിയ അനിവാര്യമാണ്, ഇത് പ്രായോഗിക പ്രയോഗത്തിൽ നിന്ന് ഇസിആറിനെ കൂടുതൽ തടസ്സപ്പെടുത്തുന്നു.അതിനാൽ, ശുദ്ധമായ ദ്രാവക ഇന്ധന ലായനികളും ശുദ്ധമായ വാതക ഹൈഡ്രോകാർബണുകളും എങ്ങനെ നേരിട്ട് തുടർച്ചയായി ഉൽപ്പാദിപ്പിക്കാം, പ്രത്യേകിച്ച് ഉയർന്ന ഉൽപന്ന സാന്ദ്രതയോടെ, ECR ൻ്റെ പ്രായോഗിക വിന്യാസത്തിന് വളരെ അഭികാമ്യമാണ്.സമീപഭാവിയിൽ ECR വഴി ശുദ്ധമായ ഉൽപ്പന്നങ്ങളുടെ നേരിട്ടുള്ള ഉൽപ്പാദനത്തിൻ്റെ വർദ്ധിച്ചുവരുന്ന പ്രാധാന്യം ഞങ്ങൾ പ്രവചിക്കുന്നു, ഇത് ECR സാങ്കേതികവിദ്യയെ വിപണിയിലേക്ക് കൂടുതൽ അടുപ്പിച്ചേക്കാം (127).

മൂന്നാമതായി, ECR സാങ്കേതികവിദ്യയിൽ എത്തനോൾ, അസറ്റിക് ആസിഡ്, എഥിലീൻ തുടങ്ങിയ C─O, C─H ബോണ്ടുകളുടെ രൂപീകരണം വളരെയധികം പഠിച്ചിട്ടുണ്ടെങ്കിലും, മറ്റ് തരത്തിലുള്ള ഉൽപ്പന്നങ്ങളുടെ പര്യവേക്ഷണവും ECR സാങ്കേതികവിദ്യയ്ക്ക് പ്രധാനമാണ്, സാമ്പത്തിക താൽപ്പര്യം കാണിക്കുന്നു.ഉദാഹരണത്തിന്, അടുത്തിടെ, ഹാനും സഹപ്രവർത്തകരും (128) ECR ൻ്റെ 2-ബ്രോമോഎത്നോൾ ഉത്പാദനം റിപ്പോർട്ട് ചെയ്തു.C─Br ബോണ്ടിൻ്റെ സിറ്റു രൂപീകരണം ഉൽപ്പന്നത്തെ എത്തനോളിൽ നിന്ന് 2-ബ്രോമോഇഥ്നോളിലേക്ക് മാറ്റുന്നു, ഇത് കെമിക്കൽ, ഫാർമസ്യൂട്ടിക്കൽ സിന്തസിസിലെ ഒരു പ്രധാന നിർമ്മാണ ഘടകമാണ്, കൂടാതെ ഉയർന്ന മൂല്യം കാണിക്കുന്നു.അതിനാൽ, നിലവിൽ നന്നായി പഠിച്ച C2+ ഉൽപ്പന്നങ്ങൾക്കപ്പുറം, ഓക്സാലിക് ആസിഡ് (129) പോലെയുള്ള മറ്റ് അപൂർവ്വമായി പര്യവേക്ഷണം ചെയ്യപ്പെടുന്ന ഉൽപ്പന്നങ്ങൾ ലക്ഷ്യമിടുന്നതും സൈക്ലിക് സംയുക്തങ്ങൾ പോലുള്ള കൂടുതൽ സങ്കീർണ്ണമായ C2+ തന്മാത്രകളുടെ സമന്വയവും ഭാവി ECR ഗവേഷണത്തിനുള്ള മറ്റൊരു വാഗ്ദാനമായ മാർഗമാണെന്ന് ഞങ്ങൾ വിശ്വസിക്കുന്നു.

ഇസിആർ ഉൽപ്പാദന നിരക്ക് വാണിജ്യ തലത്തിലേക്ക് (> 200 mA cm−2) ഉയർത്തുന്നതിന് വാട്ടർപ്രൂഫ് GDE, ലിക്വിഡ്-ഫ്ലോ സെല്ലുകൾ, PEM സെൽ എന്നിവ പോലെയുള്ള നോവൽ ഇലക്‌ട്രോഡും റിയാക്ടർ ഡിസൈനുകളും വ്യാപകമായി സ്വീകരിക്കേണ്ടതാണ്.എന്നിരുന്നാലും, പൂർണ്ണ സെൽ പരിശോധനയിൽ ഇലക്ട്രോകാറ്റലിസ്റ്റുകൾ പ്രയോഗിക്കുമ്പോൾ ഇലക്ട്രോകാറ്റലിറ്റിക് പ്രവർത്തനത്തിലെ വലിയ പൊരുത്തക്കേട് എല്ലായ്പ്പോഴും നിരീക്ഷിക്കപ്പെടുന്നു.അതിനാൽ, ലാബ്-സ്കെയിൽ ടെസ്റ്റിൽ നിന്ന് ഇസിആർ പ്രായോഗിക ഉപയോഗത്തിലേക്ക് കൊണ്ടുവരുന്നതിന് ഹാഫ്-സെൽ പഠനങ്ങളും പൂർണ്ണ-സെൽ ഉപകരണ ആപ്ലിക്കേഷനും തമ്മിലുള്ള വിടവ് കുറയ്ക്കുന്നതിന് കൂടുതൽ ചിട്ടയായ പഠനങ്ങൾ നടത്തണം.

ചുരുക്കത്തിൽ, മനുഷ്യൻ്റെ പ്രവർത്തനങ്ങൾ പുറന്തള്ളുന്ന ഹരിതഗൃഹ വാതകങ്ങളിൽ നിന്നുള്ള പാരിസ്ഥിതിക പ്രശ്‌നങ്ങൾ കൈകാര്യം ചെയ്യാൻ ഇലക്‌ട്രോകെമിക്കൽ CO2 കുറയ്ക്കൽ നമുക്ക് നല്ല അവസരം നൽകുന്നു.പുനരുപയോഗ ഊർജം ഉപയോഗിച്ച് ശുദ്ധമായ ഇന്ധനങ്ങളും രാസവസ്തുക്കളും നേടാനുള്ള സാധ്യതയും ഇത് കാണിക്കുന്നു.നിലവിലെ ഘട്ടത്തിൽ, ഇസിആർ സാങ്കേതികവിദ്യയ്ക്ക്, പ്രത്യേകിച്ച് സി─സി കപ്ലിംഗ് പ്രക്രിയയ്ക്ക് നിരവധി വെല്ലുവിളികൾ നിലനിൽക്കുന്നുണ്ടെങ്കിലും, കാറ്റലിസ്റ്റ് ഒപ്റ്റിമൈസേഷനിലും സെൽ പെർഫെക്ഷനിലും തുടർച്ചയായ ഗവേഷണവും വികസനവും, ശുദ്ധമായ ഇന്ധനത്തിനായുള്ള യഥാർത്ഥ ലോക CO2 വൈദ്യുതവിശ്ലേഷണത്തിൻ്റെ കാഴ്ചപ്പാട് എന്ന് വിശ്വസിക്കപ്പെടുന്നു. കൂടാതെ രാസവസ്തുക്കൾ സമീപഭാവിയിൽ യാഥാർത്ഥ്യമാകും.

ക്രിയേറ്റീവ് കോമൺസ് ആട്രിബ്യൂഷൻ-നോൺ-കൊമേഴ്‌സ്യൽ ലൈസൻസിൻ്റെ നിബന്ധനകൾക്ക് കീഴിൽ വിതരണം ചെയ്യുന്ന ഒരു ഓപ്പൺ-ആക്‌സസ് ലേഖനമാണിത്, ഏത് മാധ്യമത്തിലും ഉപയോഗവും വിതരണവും പുനർനിർമ്മാണവും അനുവദിക്കുന്നു, തത്ഫലമായുണ്ടാകുന്ന ഉപയോഗം വാണിജ്യപരമായ നേട്ടത്തിന് വേണ്ടിയല്ല, യഥാർത്ഥ സൃഷ്ടി ശരിയായിരിക്കുകയാണെങ്കിൽ. ഉദ്ധരിച്ചിരിക്കുന്നത്.

ശ്രദ്ധിക്കുക: ഞങ്ങൾ നിങ്ങളുടെ ഇമെയിൽ വിലാസം മാത്രം അഭ്യർത്ഥിക്കുന്നു, അതുവഴി നിങ്ങൾ പേജ് ശുപാർശ ചെയ്യുന്ന വ്യക്തിക്ക് അവർ അത് കാണണമെന്ന് നിങ്ങൾ ആഗ്രഹിക്കുന്നുവെന്നും അത് ജങ്ക് മെയിലല്ലെന്നും മനസ്സിലാക്കും.ഞങ്ങൾ ഒരു ഇമെയിൽ വിലാസവും ക്യാപ്‌ചർ ചെയ്യുന്നില്ല.

© 2020 അമേരിക്കൻ അസോസിയേഷൻ ഫോർ ദി അഡ്വാൻസ്‌മെൻ്റ് ഓഫ് സയൻസ്.എല്ലാ അവകാശങ്ങളും നിക്ഷിപ്തം.HINARI, AGORA, OARE, CHORUS, CLOCKSS, CrossRef, COUNTER എന്നിവയുടെ പങ്കാളിയാണ് AAAS. സയൻസ് അഡ്വാൻസസ് ISSN 2375-2548.