Байгаль орчны асуудал, эрчим хүчний шилжилтийн үүднээс цахилгаан химийн CO2-ыг бууруулах (ECR) нь сэргээгдэх цахилгаан эрчим хүчийг ашиглан нэмүү өртөг шингэсэн олон нүүрстөрөгч (C2+) түлш болон химийн бодисууд нь нүүрстөрөгчийн эргэлтийг хаах урт хугацааны гоёмсог шийдлийг санал болгож байна.Гэсэн хэдий ч усан электролит дэх электрокаталитик C─C холболт нь сонгомол чанар, идэвхжил, тогтвортой байдлын улмаас нээлттэй сорилт хэвээр байна.Катализатор болон реакторын дизайн нь эдгээр сорилтыг шийдвэрлэх түлхүүр юм.Бид цахилгаан катализатор, электрокаталитик электрод/реакторын дизайн, тэдгээрийн холбогдох механизмын стратеги дээр анхаарлаа хандуулж, ECR-ээр дамжуулан C─C-ийн үр ашигтай холболтыг хэрхэн бий болгох талаар сүүлийн үеийн ахиц дэвшлийг нэгтгэн харуулав.Түүнчлэн C2+ бүтээгдэхүүн үйлдвэрлэхэд тулгарч буй бэрхшээл, ирээдүйн боломжуудын талаар ярилцав.Бид суурь ойлголт, технологийн хэрэглээний аль алинд нь цаашдын хөгжил, урам зориг өгөхийн тулд орчин үеийн C─C холбох стратегийн талаар нарийвчилсан тойм өгөхийг зорьж байна.

Агаар мандалд нүүрстөрөгчийн давхар исэл (CO2) их хэмжээгээр ялгарч байгаа нь байгаль орчны ноцтой үр дагаварт хүргэж, хүний ​​нийгэмд яаралтай, эргэлт буцалтгүй аюул учруулж байна (1, 2).1800-аад оны эхээр агаар мандалд CO2-ын агууламж 270 ppm (сая дахь хэсэг) байснаа 2015 оны 7-р сард 401.3 ppm болж огцом нэмэгдсэнээр хүний ​​үйл ажиллагаанаас ялгарах нүүрстөрөгчийн ул мөрийг дахин боловсруулах талаар дэлхий даяар зөвшилцөлд хүрсэн (3, 4).Нүүрстөрөгчийн ул мөрийг бий болгохын тулд одоогийн эрчим хүч, химийн үйлдвэрүүдийн хамаарлыг чулуужсан түлшнээс салгаж, нар, салхи гэх мэт сэргээгдэх эх үүсвэр рүү шилжүүлэх боломжит арга замуудын нэг юм (5-8).Гэсэн хэдий ч их хэмжээний эрчим хүч хадгалах арга байхгүй бол эдгээр сэргээгдэх эх үүсвэрээс авах эрчим хүчний эзлэх хувь нь тасалдалтай байдаг тул зөвхөн 30% -иар хязгаарлагддаг (9).Тиймээс цахилгаан станц гэх мэт цэгийн эх үүсвэрээс CO2-ыг барьж, дараа нь химийн түүхий эд, түлш болгон хувиргах нь илүү үр дүнтэй байдаг (9-12).Сэргээгдэх эрчим хүчийг ашиглан электрокаталитик CO2-ыг бууруулах (ECR) нь хөрвүүлэлт хийхэд шаардагдах хөнгөн үйл ажиллагааны нөхцлөөс шалтгаалан урт хугацааны гоёмсог шийдэл бөгөөд нэмүү өртөг шингэсэн бүтээгдэхүүнийг сонгон үйлдвэрлэх боломжтой (13).1-р зурагт схемийн дагуу энэ процесст электрохимийн электролизер CO2 болон усыг химийн бодис болон сэргээгдэх цахилгаанаар ажилладаг түлш болгон хувиргадаг.Үүссэн түлш нь удаан хугацаанд хадгалагдах чадвартай бөгөөд тарааж эсвэл хэрэглэж болох бөгөөд CO2-ыг гол хаягдал болгон гаргаж, түүнийг барьж аваад реакторт буцааж өгч, гогцоог хаах болно.Түүнчлэн, ECR-ээс үүссэн жижиг молекул химийн түүхий эдийг [жишээлбэл, нүүрстөрөгчийн дутуу исэл (CO) ба формат] илүү төвөгтэй химийн синтезийн түүхий эд болгон ашиглаж болно.

Нар, салхи, ус зэрэг сэргээгдэх эрчим хүчний эх үүсвэрээр ажилладаг хаалттай нүүрстөрөгчийн цикл бүхий ECR-ээс түлш, химийн бодисыг олж авах боломжтой.Үүрэн инженерчлэл ба катализаторын инженерчлэл нь CO2-ыг эрчим хүчний өндөр нягтралтай нэмүү өртөг шингэсэн C2+ бүтээгдэхүүн болгон хувиргах сонгомол, идэвхжил, үр ашгийг дэмжих гол үүрэг гүйцэтгэдэг.

Гэсэн хэдий ч CO2 нь хүчтэй C═O холбоо (750 кЖ моль−1) (14) бүхий нэлээд тогтвортой шугаман молекул бөгөөд цахилгаан химийн хувиргалтыг хүндрүүлдэг.Тиймээс энэ нь идэвхжүүлэх өндөр саадыг шаарддаг бөгөөд энэ нь эргээд ихээхэн хэт их потенциал үүсгэдэг (15).Цаашилбал, усан электролит дэх ECR нь олон электрон/протон дамжуулах үйл явцын хамт хэд хэдэн боломжит урвалын завсрын бодис, бүтээгдэхүүн (16-18) -ийг агуулдаг бөгөөд энэ нь маш нарийн төвөгтэй болгодог.Хүснэгт 1-д CO, метан (CH4), метанол (CH3OH), шоргоолжны хүчил (HCOOH), этилен (C2H4), этанол (CH3CH2OH) гэх мэт ECR-ийн үндсэн бүтээгдэхүүнүүдийн хагас цахилгаан химийн термодинамик урвалыг нэгтгэн үзүүлэв. харгалзах стандарт исэлдэлтийн потенциал (19).Ерөнхийдөө, ECR процессын явцад CO2 молекулууд эхлээд катализаторын гадаргуу дээрх атомуудтай шингэж, харилцан үйлчлэлцэж *CO2− үүсгэдэг ба дараа нь протон ба/эсвэл электронуудыг янз бүрийн эцсийн бүтээгдэхүүн рүү үе шаттайгаар шилжүүлдэг.Жишээлбэл, CH4 нь дараах замаар үүсдэг гэж үздэг: CO2 → *COOH → *CO → *CHO → *CH2O → *CH3O → CH4 + *O → CH4 + *OH → CH4 + H2O (20).

Зураг 2А-д мэдээлэгдсэн ECR цахилгаан катализаторын өөр өөр үйлдвэрлэлийн хурдаар (одоогийн нягтрал) Фарадай үр ашгийг (FE) хураангуйлсан бөгөөд энэ нь урвалын бүтээгдэхүүнийг сонгох чадварыг илэрхийлдэг (21-43).Хамгийн сүүлийн үеийн цахилгаан катализаторууд өндөр үйлдвэрлэлийн хурдтай (H төрлийн эсийн хувьд >20 мА см−2 ба >100 мА см−) 95%-иас дээш FE-тэй CO2-ийг C1 бүтээгдэхүүн (CO эсвэл формат) болгон хувиргаж чаддаг. Урсгал эсийн хувьд 2) (9, 21, 22, 25, 28, 44, 45), өндөр сонгомол (>90%), илүү олон төрлийн нүүрстөрөгчийн (C2+) химийн бодисыг үр ашигтайгаар үйлдвэрлэх нь өнөөг хүртэл хэрэгжээгүй байна.Энэ нь C2+ бүтээгдэхүүнтэй нэгдэхийн тулд хэд хэдэн CO2 молекулыг гадаргууд шингээх, үе шаттайгаар хувиргах, орон зайн байршлыг тогтоох шаардлагатай байдагтай холбоотой юм (13).Тодорхой болгохын тулд 2В-р зурагт үзүүлснээр *CO-ийн завсрын бүтээгдэхүүний дараагийн урвалууд нь ECR-ийн эцсийн C2+ бүтээгдэхүүнийг тодорхойлдог.Ерөнхийдөө C2H6 ба CH3COO− нь ижил *CH2 завсрын бүтээгдэхүүнийг хуваалцдаг бөгөөд энэ нь *CO-ийн протонтой холбогдсон электрон дамжуулах үе шатуудаас үүсдэг.*CH2-ийн цаашдын протонжуулалт нь *CH3 завсрын бодисыг өгдөг бөгөөд энэ нь *CH3 димержилтээр дамжуулан C2H6 үүсэхэд хүргэдэг.C2H6 үүсэхээс ялгаатай нь CH3COO− нь *CH2-д CO оруулах замаар үүсдэг.*CO димеризаци нь C2H4, CH3CH2OH, n-пропанол (n-C3H7OH) үүсэх хурдыг тодорхойлох алхам юм.Электрон дамжуулалт ба протонжуулалтын цуврал алхмуудын дараа *CO─CO димер нь *CH2CHO завсрын бүтээгдэхүүнийг үүсгэдэг бөгөөд энэ нь C2H4 ба C2H5OH-ийн сонгомол чанарыг тодорхойлох алхам болдог.Нэмж дурдахад *CH2CHO-г C2H4 болгон бууруулах нь *CH3CHO-г C2H5OH болгон хувиргахаас бага энергийн саадтай болох нь тогтоогдсон (46) нь ихэнх зэсийн катализатор дээр C2H5OH-ээс C2H4-ийн FE өндөр байгааг тайлбарлаж болох юм.Цаашилбал, тогтворжсон C2 завсрын бодисууд нь CO оруулах замаар n-C3H7OH руу шилжиж болно.C2+ химийн формацын үед нийлмэл бөгөөд хяналтгүй урвалын замууд нь голчлон протонжуулалтын газруудад илүү олон сэлгэлтүүд болон цахилгаан химийн бус үе шатуудын оролцоотой холбоотой байдаг (19, 47).Иймээс өндөр сонгомол цахилгаан катализаторын загвар нь өндөр гарцтай үед тодорхой С2+ бүтээгдэхүүн үүсэх урьдчилсан нөхцөл болдог.Энэхүү тоймд бид ECR-ээр C2+ бүтээгдэхүүнийг сонгон үйлдвэрлэх цахилгаан катализаторын дизайны стратегийн сүүлийн үеийн ахиц дэвшлийг тодруулахыг зорьж байна.Бид мөн холбогдох механизмуудын талаархи ойлголтуудын хураангуйг өгдөг.ECR-ийн үр ашигтай, тогтвортой, өргөн цар хүрээтэй үйл ажиллагаанд хэрхэн хүрэхийг харуулахын тулд электрод ба реакторын дизайныг онцлон харуулах болно.Цаашилбал, бид CO2-ыг нэмүү өртөг шингэсэн C2+ химийн бодис болгон цахилгаан химийн аргаар хувиргахад тулгарч буй бэрхшээл, ирээдүйн боломжуудын талаар ярилцах болно.

(A) Тайлбарласан ECR цахилгаан катализаторын (21-43, 130) өөр өөр үйлдвэрлэлийн хурдтай (одоогийн нягтрал) FE.(B) ECR үед хамгийн их боломжтой C2+ замууд.Америкийн химийн нийгэмлэгийн зөвшөөрлөөр хуулбарласан (47).

CO2-ыг химийн түлш, түүхий эд болгон электрокаталитикаар хувиргах нь нүүрстөрөгчийн саармаг энергийн эргэлтийг бий болгох боломжит технологи юм (11).Гэсэн хэдий ч C2+ бүтээгдэхүүний FE нь практик хэрэглээнээс хол хэвээр байгаа бөгөөд хамгийн сүүлийн үеийн катализаторууд нь ойролцоогоор 60% FE (13, 33) бүхий C2 бүтээгдэхүүнийг үйлдвэрлэх боломжийг олгодог бол C3 үйлдвэрлэл нь 10% -иас бага хэмжээгээр хязгаарлагддаг. FE (48, 49).CO2-ийг C2+ бүтээгдэхүүнээр багасгахын тулд морфологийн болон электрон шинж чанар нь маш сайн уялдаатай нэг төрлийн катализатор шаардлагатай (50, 51).Катализаторын гадаргуу нь завсрын бүтээгдэхүүний хоорондох масштабын харилцааг таслах шаардлагатай (47, 52, 53).Үүнээс гадна, C─C холбоо үүсэхийн тулд катализаторын гадаргуу дээр шингэсэн урвалын завсрын бодисууд хоорондоо ойрхон байх ёстой.Цаашилбал, анх шингэсэн завсрын бүтээгдэхүүнээс тодорхой C2+ бүтээгдэхүүн рүү шилжих замыг протоны тусламжтайгаар электрон дамжуулах олон үе шат дамждаг тул сайтар хянах шаардлагатай.C2+ бүтээгдэхүүн рүү CO2-ыг бууруулах өндөр нарийн төвөгтэй байдлыг харгалзан цахилгаан катализаторыг сонгох чадварыг нэмэгдүүлэхийн тулд сайтар тохируулах хэрэгтэй.Завсрын төрөл зүйл, химийн найрлагаар нь бид C2+ бүтээгдэхүүнийг олон нүүрсустөрөгч ба хүчилтөрөгч гэж ангилдаг (4, 54).Тодорхой C2+ молекул үйлдвэрлэх өндөр үр ашигтай электрокатализаторуудад ойртохын тулд гетероатомын допинг, болор талстыг зохицуулах, хайлш/хайлшруулах, исэлдэлтийн төлөвийг тохируулах, гадаргуугийн лигандыг хянах зэрэг хэд хэдэн катализаторын дизайны стратегийг харуулсан (35, 41, 55-61) .Оновчтой загвар нь дээр дурдсан үр нөлөөг оновчтой харгалзан үзэж, үр ашгийг нэмэгдүүлэх ёстой.Үгүй бол идэвхтэй сайтын сэдвүүд нь ийм өвөрмөц катализаторын үйл ажиллагаанд хүргэдэг болохыг ойлгох нь C─C холболтын нарийн катализаторын дизайныг илүү гэрэлтүүлж чадна.Тиймээс тодорхой бүтээгдэхүүн (олон нүүрсустөрөгч ба хүчилтөрөгч) -д зориулж ECR катализаторыг хэрхэн зохион бүтээх, холбогдох механизмыг энэ хэсэгт авч үзэх болно.

C2H4 зэрэг C2+ нүүрсустөрөгчид нь полиэтилен үйлдвэрлэл гэх мэт олон төрлийн химийн үйлдвэрүүдэд хамааралтай химийн бодисууд юм (62, 63).Үүнээс гадна гагнуурын түлш эсвэл байгалийн хийн холимог бүрэлдэхүүн хэсэг болгон шууд ашиглаж болно (12).CO (Фишер-Тропшийн синтез) болон CO2-ийн устөрөгчжүүлэлт нь үйлдвэрлэлийн хэмжээнд удаан хугацааны туршид C2+ нүүрсустөрөгчийг үйлдвэрлэхэд ашиглагдаж ирсэн боловч эрчим хүчний өндөр зарцуулалт, байгаль орчинд үзүүлэх нөлөөлөлтэй тулгардаг (64).Үүний эсрэгээр, сэргээгдэх эрчим хүчийг ашиглан цахилгаан химийн CO2-ыг бууруулах нь илүү цэвэр, тогтвортой замыг бий болгодог.C2+ нүүрсустөрөгчид (32, 33, 65–70) үр ашигтай цахилгаан катализаторыг бий болгоход ихээхэн хүчин чармайлт гаргасан.

Биметалл электрокатализаторыг электрохимийн CO2 хувиргах явцад масштабын хамаарлыг таслан зогсоохын тулд өргөнөөр судалсан бөгөөд энэ нь гол завсрын бүтээгдэхүүнийг тогтворжуулж, хэт потенциалыг бууруулж улмаар сонгомол чанарыг нэмэгдүүлдэг (71-74).Au-Cu, Ag-Cu, Au-Pd, Cu-Pt зэрэг хэд хэдэн хайлш материалууд нь чухал завсрын бодисыг тогтворжуулах замаар өндөр үр ашигтай С1 үйлдвэрлэхийг харуулсан (73, 75) C2+ нүүрсустөрөгч үүсэхэд хайлшийн нөлөө үзүүлж байна. илүү төвөгтэй байх (76).Жишээлбэл, Cu-Ag хоёр металлын системд Ag ба Cu (77) гадаргуугийн атомын харьцааг тохируулах замаар бүтээгдэхүүний тархалтыг хялбархан хянах боломжтой.Нүүрс устөрөгчийн үйлдвэрлэлд гадаргуугийн Cu-аар баялаг дээжийг илүүд үздэг бол Ag-аар баялаг гадаргуугийн бүтээгдэхүүнд CO давамгайлж байгаа нь хайлштай ECR электрокатализаторын атомын харьцааны ач холбогдлыг онцолж байна.Орон нутгийн атомын зохион байгуулалтаас үүдэлтэй геометрийн нөлөө нь завсрын бүтээгдэхүүний холболтын бат бөх байдалд ихээхэн нөлөөлдөг.Gewirth болон хамтран ажиллагсад (36) нэмэлтээр удирддаг электродизацийн Cu-Ag хайлш нь шүлтлэг урсгалын электролизерт C2H4-ийн хувьд ~60% FE-тэй болохыг харуулсан (Зураг 3, А ба В).Энэ тохиолдолд C2H4-ийн оновчтой сонгомол чанарыг морфологи болон Ag-ачаалах тааруулах замаар олж авч болно.Ag сайтууд нь ECR-ийн үед CO үүсэхийг дэмжигч үүрэг гүйцэтгэдэг гэж үздэг.Дараа нь CO-ийн завсрын хамгийн оновчтой боломж нь хөрш Cu дахь C─C холболтод тусална.Үүнээс гадна, Ag нь Cu-Ag катализаторын нийлэгжилтийн үед Cu2O үүсэхийг дэмждэг (Зураг 3C) нь C2H4 үйлдвэрлэлийн үр ашгийг нэмэгдүүлдэг.Энэхүү хамтын ажиллагаа нь C─C холболтын катализаторыг хөгжүүлэх шинэ боломжийг нээж өгдөг.Цаашилбал, хайлшийн систем дэх янз бүрийн металлын холилтын загвар нь ECR бүтээгдэхүүний тархалтыг тодорхойлж болно.Pd-Cu хайлшийг жишээ болгон ашигласан (Зураг 3D) Кенис болон хамтран ажиллагсад (71) фазаар тусгаарлагдсан Pd-Cu катализатор нь эмх цэгцтэй, эмх замбараагүйтэй харьцуулахад C2H4-ийн хамгийн өндөр сонгомол чанарыг (~50%) санал болгож чадна гэдгийг харуулсан. хамтрагчид.D зурвасын онолын дагуу, ихэвчлэн бага d зурвасын төвтэй шилжилтийн метал нь метал гадаргуу дээр үүссэн in situ завсрын бодисуудын сул холболтыг харуулдаг (78).Фазаар тусгаарлагдсан Pd-Cu хайлш нь Cu нано бөөмс (NPs) бүхий CO-ийн хувьд ижил төстэй катализаторын сонгомол чанар, идэвхийг харуулсан боловч Pd тааруулах замаар завсрын бүтээгдэхүүнд огт өөр холбох хүчийг санал болгодог.Зураг 3E-д үзүүлснээр фазаар тусгаарлагдсан Cu-Pd хайлш нь хамгийн бага d-band төвийг харуулсан бол Cu NP-ийнх хамгийн өндөр байна.Энэ нь фазаар тусгаарлагдсан Cu-Pd хайлш нь CO-ийн завсрын бүтээгдэхүүнийг хамгийн бага холбох хүч чадалтай болохыг харуулж байна.Энэхүү ажиглалт нь геометрийн болон бүтцийн эффект нь фазаар тусгаарлагдсан Cu-Pd хайлшны тохиолдолд нүүрсустөрөгчийн сонгомол чанарыг сайжруулах электрон эффектээс илүү их үүрэг гүйцэтгэдэг болохыг харуулж байна.Өнөөдрийг хүртэл зөвхөн цэвэр зэс эсвэл зэс дээр суурилсан хайлш нь CO2-ыг C2+ нүүрсустөрөгчид цахилгаан химийн аргаар бууруулах өндөр сонгомол чанар, идэвхийг харуулж байна.Тиймээс ECR-ээс C2+ нүүрсустөрөгч үйлдвэрлэх шинэ цахилгаан катализаторыг боловсруулах шаардлагатай байна.CO2 устөрөгчжүүлэлтээс санаа авсан урьдчилсан судалгаагаар өөр өөр фаз бүхий Ni-Ga хайлшийг C2H4 үүсгэхэд ашиглаж болохыг харуулсан (79).Энэ нь Ni5Ga3 хальс нь CO2-ыг C2H4 болон этан (C2H6) болгон бууруулж чаддаг болохыг харуулсан.Хэдийгээр C2+ нүүрсустөрөгчид чиглэсэн FE нь 5%-иас бага боловч хайлшийн эффект дээр үндэслэн C─C холболт руу цахилгаан катализаторын скрининг хийх шинэ шугамуудыг нээж болно.

(А-аас C) Нэмэлтээр удирддаг электродепозитоор үйлдвэрлэсэн Cu-Ag хоёр металлын катализатор: (A) Cu утас, Cu-Ag поли, Cu-Ag утас болон (B) харгалзах C2H4 FE-ийн сканнерийн электрон микроскоп (SEM).(C) EXAFS нь Cu-Ag утсыг нэгэн төрлийн хольж, Cu(I) ислийг үзүүлснийг харуулсан.(A)-аас (C) хүртэл Америкийн химийн нийгэмлэгийн зөвшөөрлөөр хуулбарлагдсан болно (36).(D ба E) Өөр өөр холилтын загвар бүхий Cu-Pd катализаторууд: (D) Эмх цэгцтэй, эмх замбараагүй, фазаар тусгаарлагдсан Cu-Pd хайлш ба (E) зураглал, дамжуулах электрон микроскоп (TEM) зураг, эрчим хүчний дисперсийн спектроскопийн элементийн зураг. ) гадаргын валентийн зурвасын фотоэмиссийн спектр ба d-зургийн төв (босоо шугам) Cu-Pd хайлшийн Ферми түвшинтэй харьцуулахад.(D) ба (E) нь Америкийн химийн нийгэмлэгийн зөвшөөрлөөр хуулбарлагдсан (71).au, дурын нэгж.

Хайлшийн эффектээс гадна исэлдэлтийн төлөвийг удирдах нь материалын орон нутгийн электрон бүтцэд нөлөөлж болох электрокатализаторын ажиллагааг тохируулах өөр нэг гол зарчим юм.Катализаторын исэлдэлтийн төлөвийг тохируулах эхний жишээ бол исэлээс гаралтай материалыг ашиглах явдал юм.Газар дээр нь бууруулсны дараа катализаторын гадаргуу эсвэл гадарга дээрх хүчилтөрөгчийн үлдэгдэл нь металлын төвийн исэлдэлтийн төлөвийг зохицуулж чаддаг.Жишээлбэл, сийвэнгийн исэлдүүлсэн Cu нь C2H4-д 60% -иас илүү сонгомол байсан нь бууралтад тэсвэртэй Cu+ (37)-тай холбоотой байв.Cu+ нь этиленийн өндөр сонгомол байдлын гол үзүүлэлт гэдгийг батлахын тулд бид өөр өөр плазмыг ашиглан хяналтын туршилт хийсэн (Зураг 4А).Цаашид in situ хатуу рентген шингээлтийн спектроскопи нь гадаргуугийн (дэд) давхарга дахь үлдэгдэл исэл нь бууралтын нөхцөлд тогтвортой байдгийг харуулсан бөгөөд багассаны дараа 1 цагийн дараа ихээхэн хэмжээний Cu+ зүйл үлддэг нь харьцангуй өндөр потенциалтай харьцуулахад −1.2 В. устөрөгчийн электрод (RHE).Цаашилбал, золь-гель зэсийн оксихлоридын зэсийг цахилгаанаар шингээх нь тогтворжсон гадаргуугийн Cu+ төрөл зүйл нь C2H4-ийн сонгомол чанарыг сайжруулж болохыг дахин баталгаажуулсан (61).Зэсийн катализаторын янз бүрийн потенциалын үед исэлдэх төлөвийг газар дээр нь цаг хугацааны шийдэлтэй зөөлөн рентген шингээлтийн спектроскопи ашиглан хянаж байв.Cu2+-аас Cu+ руу шилжих эхний алхам маш хурдан байдаг;харин Cu+ төрлийн электрохимийн бууралт цаашид Cu0 хүртэл удааширдаг.Cu+ зүйлийн 23 орчим хувь нь RHE-тэй харьцуулахад −1.2 В-ийн дор 1 цагийн тогтмол бууралтын дараа ч үлддэг (Зураг 4B).Механик судалгаагаар Cu+ ба Cu0-ийн хоорондох интерфэйс нь *CO@Cu+-ийн С атом эерэг, харин *CO@Cu0 сөрөг цэнэгтэй (80) тул завсрын бодисуудын хооронд электростатик таталцалд хүргэдэг болохыг тогтоожээ. C─C холбоо үүсч улмаар C2+ нүүрсустөрөгчийг үүсгэдэг.Исэлээс гаралтай материалаас гадна зэсийн нитрид (Cu3N) нь CO (81) димеризацийн энергийн саадыг багасгахын тулд гадаргуугийн (дэд) Cu+ төрлийг бий болгоход ашигласан.Үүнээс гадна исэлээс гаралтай Cu-тай харьцуулахад Cu3N-аас гаралтай Cu+ зүйлүүд илүү тогтвортой байдаг (Зураг 4С).Үүний үр дүнд нитридын гарал үүсэлтэй зэсийн катализатор нь C2H4-ийн хувьд FE 39 ± 2% байгаа нь цэвэр Cu (~ 23%) ба исэлээс гаралтай Cu (~ 28%)-аас илүү сайн үзүүлэлт юм.Дээр дурдсан Cu+/Cu катализаторын системийн нэгэн адил борыг Cuδ+-ийг нэвтрүүлэх, тогтворжуулахад гетероатом нэмэлт бодис болгон ашигласан (41).Борын нэмэлтийн концентрацийг өөрчлөх замаар зэсийн исэлдэлтийн дундаж төлөвийг +0.25-аас +0.78 хүртэл хянах боломжтой.Төлөвлөсөн нягтрал нь электронууд зэсээс бор руу шилжиж, допантаар өдөөгдсөн эерэг цэнэгтэй зэсийн цэгүүдэд хүргэсэн болохыг харуулж байна.Борын хольцтой зэс нь *CHO завсрын нэгдэл үүсэх энергийг ихэсгэж, улмаар C1 бүтээгдэхүүн рүү чиглэсэн урвалын замыг дарангуйлав.Нэмж дурдахад, энэ нь *CO димержих урвалын энергийг бууруулах замаар олон нүүрсустөрөгчийн нүүрсустөрөгчийг сонгох чадварыг нэмэгдүүлэх боломжтой (Зураг 4D).Зэсийн гадаргуугийн исэлдэлтийн дундаж түвшинг оновчтой болгосноор зэсийн исэлдэлтийн дундаж төлөв +0.35 байх үед ~53% C2H4-тэй ~80% өндөр C2 FE-д хүрч болно (Зураг 4E).Өнөөдрийг хүртэл янз бүрийн судалгаагаар зэсийн идэвхтэй хэсгүүдийг Cu0, Cuδ+ ба/эсвэл ECR-ийн интерфейс гэж тодорхойлсон байдаг (39, 41, 42, 81, 82).Гэсэн хэдий ч идэвхтэй сайт гэж юу вэ гэдэг нь маргаантай хэвээр байна.Гетероатомын допингоор өдөөгдсөн Cuδ+ катализаторууд нь C2+ бүтээгдэхүүн рүү чиглэсэн ECR-д маш идэвхтэй байдаг нь нотлогдсон ч нэгэн зэрэг үүссэн согог, интерфейсээс үүсэх синергетик нөлөөг мөн анхаарч үзэх хэрэгтэй.Тиймээс зэсийн гадаргуу дээрх идэвхтэй төвийг тодорхойлох, урвалын нөхцөлд идэвхтэй талбайн өөрчлөлтийн боломжит байдлыг хянахын тулд системчилсэн операндо шинж чанарыг боловсруулах хэрэгтэй.Нэмж дурдахад эерэг цэнэгтэй зэсийн тогтвортой байдал нь электрохимийн бууралтын нөхцөлд анхаарах өөр нэг асуудал юм.Тогтвортой Cuδ+ сайттай катализаторыг хэрхэн нэгтгэх нь бэрхшээлтэй хэвээр байна.

(A) Өөр өөр плазмаар идэвхжүүлсэн зэсийн катализаторын C2H4 сонгомол байдлын хураангуй.Nature Publishing Group-ийн зөвшөөрлөөр хуулбарласан (37).Хуваарийн баар, 500 нм.(B) −1.2 В-ийн урвалын хугацаатай харьцуулсан Cu исэлдэлтийн төлөвийн харьцаа нь цахилгаанаар хадгалсан зэсийн RHE-тэй харьцуулахад.Nature Publishing Group-ийн зөвшөөрлөөр хуулбарласан (61).(C) Cu-on-Cu3N эсвэл Cu-on-Cu2O дахь RHE-ийн −0.95 В-ийн урвалын хугацаатай Cu+ зүйлийн харьцаа.Nature Publishing Group-ийн зөвшөөрлөөр хуулбарласан (81).(D) Борын допинг нь зэсийн гадаргуу дахь CO-ийн дундаж шингээлтийн энергийг өөрчилж, CO─CO димеризацийн энергийг бууруулж чадсан.1[B], 2[B], 3[B], 4[B], 8[B] нь 1/16, 1/8, 3/ байсан зэсийн катализатор дахь газрын гүний борын допингийн агууламжийг хэлнэ. 16, 1/4, 1/2 тус тус.(E) Бороор баяжуулсан зэсийн катализатор дахь C2 эсвэл C1 бүтээгдэхүүний исэлдэлтийн төлөв ба FE хоорондын хамаарал.(D) болон (E) -ийг Nature Publishing Group (41)-ийн зөвшөөрлөөр хуулбарласан болно.(F) ECR-ийн өмнө (дээд) ба дараа (доод) Cu2O хальс бүхий өөр өөр зузаантай зэс тугалган цаасны SEM зураг.Америкийн химийн нийгэмлэгийн зөвшөөрлөөр хуулбарласан (83).

Электрон бүтцээс гадна ислийн гаралтай материалууд нь in situ бууруулах үйл явцын явцад морфологи эсвэл бүтцийн хувьсалд хүргэж болно.Морфологи эсвэл бүтцийн үүднээс авч үзвэл исэлээс гаралтай электрокатализаторын цахилгаан химийн үзүүлэлтүүд нь идэвхтэй мөхлөгүүдийн хил, ирмэг, шат (83-85) үүссэнтэй холбоотой гэж үздэг.Yeo болон хамтран ажиллагсад (83) өөр өөр зузаантай электродоор цутгасан Cu2O хальс дээр C─C сонгомол холболтыг мэдээлсэн (Зураг 4F).In situ Raman спектроскопоор Cu2O хальсны гадаргуу нь ECR (83) үед тогтвортой металл Cu0 болж буурсан болохыг илрүүлсэн.Үүний үр дүнд металл Cu0 нь Cu+ төрлийн эсвэл Cu+/Cu0 интерфейсийн оронд каталитик идэвхтэй төв болох нь батлагдсан.Cu2O-г металл Cu0 болгон бууруулах явцад катализаторын гадаргуу нь in situ хэлбэрээр шат, ирмэг, дэнж үүсэх магадлалтай.Үүссэн шат ба ирмэгүүд нь дэнжээс илүү идэвхтэй байдаг нь *CO-тай илүү хүчтэй холбогддог тул *CO-г *CHO эсвэл *CH2O болгон устөрөгчжүүлж чаддаг.Үүнээс гадна захын Cu атомууд нь *CHO ба *CH2O үүсэхийг идэвхжүүлдэг.Өмнөх ажил нь *CHO ба *CH2O завсрын бодисууд нь кинетикийн хувьд *CO-оос илүү C─C холболтод илүү таатай байдаг (86).Гадаргуугийн морфологийг зохицуулснаар *CHO ба *CH2O завсрын химийн сорбцийн энергийг оновчтой болгох боломжтой.Энэхүү судалгаанд зохиогчид Cu2O нимгэн хальсны зузааныг 0.9-аас 8.8 μм болгон нэмэгдүүлэхэд C2H4-ийн FE 40-22% болж буурсан болохыг тогтоожээ.Энэ нь Cu2O зузаан нэмэгдэх тусам бага координаттай Cu-ийн концентраци нэмэгдсэнтэй холбоотой юм.Эдгээр дутуу зохицуулалттай атомууд нь H-тэй хүчтэй холбогддог тул устөрөгчийн хувьсалд C─C холболтоос илүү тохиромжтой байдаг.Энэхүү ажил нь оксидын гаралтай зэсийн катализатор нь цэнэглэгдсэн Cuδ+ төрлийг нэвтрүүлэхийн оронд гадаргуугийн морфологийг сэргээн засварлах замаар C2H4 сонгомол чанарыг ихээхэн сайжруулж болохыг харуулсан.Оксидын гаралтай катализаторыг ашиглан этаныг (C2H6) мөн электролит дэх палладий (II) хлоридын (PdCl2) нэмэлтийн тусламжтайгаар сонгон гаргаж авсан (34).Энэ нь Cu2O-аас гаралтай Cu-ийн гадаргуу дээр шингэсэн PdClx нь C2H6 хувьсалд чухал үүрэг гүйцэтгэсэн болохыг харуулсан.Тодруулбал, CO2 эхлээд Cu2O-аас гаралтай идэвхтэй Cu-ийн хэсгүүдэд C2H4 болгон бууруулж, дараа нь үүссэн C2H4 нь шингээгдсэн PdClx-ийн тусламжтайгаар устөрөгчжүүлж, C2H6 үүсгэдэг.PdCl2-ийн тусламжтайгаар C2H6-ийн FE <1-ээс 30.1% болж өссөн.Энэ ажил нь нарийн тодорхойлогдсон ECR катализатор ба электролитийн нэмэлтийг хослуулсан нь тодорхой C2+ бүтээгдэхүүн үйлдвэрлэх шинэ боломжийг нээж өгч болохыг харуулж байна.

Морфологи ба/эсвэл бүтцийн зохицуулалт нь катализаторын сонгомол чанар ба үйл ажиллагааг өөрчлөх өөр стратеги юм.Катализаторын хэмжээ, хэлбэр, ил харагдах байдлыг хянах нь ECR-ийн гүйцэтгэлийг сайжруулахын тулд өргөнөөр нотлогдсон (58, 87, 88).Жишээлбэл, Cu(100) фасет нь C2H4 үүсгэхэд илүүд үздэг бол Cu(111) катализаторын давамгайлсан бүтээгдэхүүн нь метан (CH4) (87) юм.Буонсанти болон хамтран ажиллагсад (58) янз бүрийн хэлбэр, хэмжээтэй Cu-ийн нано талстуудыг судлахдаа шоо хэлбэртэй зэсийн нано талстуудын C2H4 сонгомол байдлын монотон бус хэмжээнээс хамаарлыг илрүүлсэн (Зураг 5А).Үндсэндээ куб Cu нанокристалууд нь (100) талст давамгайлдаг тул бөмбөрцөг Cu нанокристаллуудаас илүү C2H4 идэвхжил, сонгомол чанарыг харуулсан.Куб Cu-ийн жижиг болор хэмжээ нь булан, шат, гулзайлтын зэрэг бага зохицуулалттай гадаргуугийн хэсгүүдийн концентраци ихэсдэг тул илүү өндөр үйл ажиллагааг санал болгодог.Гэсэн хэдий ч бага зохицуулалттай газруудын химисорбци нь илүү хүчтэй болж, H2 ба CO-ийн сонгомол чанар өндөр байсан тул нийт нүүрсустөрөгчийн FE багассан.Нөгөө талаар ширхэгийн хэмжээ ихсэх тусам захын талбайн хавтгай талбайн харьцаа буурсан нь C2H4 үйлдвэрлэлийн гүйцэтгэлд мөн нөлөөлж байна.Зохиогчид 44 нм ирмэгийн урттай завсрын хэмжээтэй зэс нанокубкууд нь бөөмийн хэмжээ болон ирмэгийн нягтын хоорондын оновчтой тэнцвэрийн улмаас C2H4-ийн хамгийн өндөр сонгомол чанарыг харуулдаг болохыг харуулсан.Цаашилбал, морфологи нь ECR-ийн үед орон нутгийн рН болон массын тээвэрлэлтэд нөлөөлж болно.Катализаторын гадаргуугийн ойролцоох орон нутгийн өндөр рН нь in situ үүсгэсэн OH--ээс үүдэлтэй бөгөөд протоны оролцоотой урвалын замыг дарангуйлдаг болохыг харуулсан.Үүний үр дүнд *СО димержих замаар C2+ нүүрсустөрөгчийн формацыг сайжруулж, *COH завсрын бодисоор үүссэн CH4-ийг дарангуйлж болно.Зэсийн нано утаснуудын массив (Зураг 5B) нь орон нутгийн рН (68) нэмэгдсэнийг харуулсан.Түгээмэл хэрэглэгддэг электролитийн хувьд CO2-ийн ханасан калийн бикарбонат (KHCO3) уусмал нь орон нутгийн OH− (HCO3− + OH− = CO32− + H2O)-ийг хурдан саармагжуулж, орон нутгийн рН-ийг бууруулдаг.Уртасгасан бичил бүтэцтэй бол Cu нано утаснуудад HCO3−-ийн тархалтыг ямар нэгэн байдлаар сулруулж, улмаар орон нутгийн OH−-ийг саармагжуулах нөлөөг тодорхой хэмжээгээр дарах болно.Үүнтэй төстэй зарчмын үндсэн дээр нарийн хяналттай мезопортой (Зураг 5C) зэс тор нь C2H4 эсвэл C2H6 үйлдвэрлэхэд FE-ийн сайжруулсан байдлыг харуулсан (32).Энэ нь нүхний өргөнийг нарийсгаснаар электродын гадаргуу дахь орон нутгийн рН-ийг нэмэгдүүлж, улмаар C1 бүтээгдэхүүний FE буурч, C2 бүтээгдэхүүний FE-ийг сайжруулж болохыг харуулсан.Нэмж дурдахад нүхний гүнийг нэмэгдүүлснээр гол бууралтын бүтээгдэхүүнийг C2H4-ээс C2H6 болгон тохируулах боломжтой.C2H6-ийн FE 46% хүртэл өндөр байсан.Химийн бодисууд нь ECR-ийн үед нүх сүв дотор хязгаарлагддаг тул гүн гүнзгий нүх сүвээс үүссэн гол завсрын бүтээгдэхүүн удаан хугацаагаар хадгалагдах нь ханасан С2 нүүрсустөрөгчийг сонгох чадвар өндөр байгаагийн гол шалтгаан гэж тайлбарласан.CuI-аас гаргаж авсан Cu нанофибрууд нь C2H6-д өндөр сонгомол чанарыг харуулсан (FE = RHE-ийн эсрэг -0.735 V-д 30%) (89).CuI-аас гаралтай Cu-ийн нано фибрүүдийн анизотроп морфологи, гадаргуугийн өндөр барзгар байдал нь шингээгдсэн H2-ийн барих үр ашгийг сайжруулж, улмаар C2H6-ийн FE-ийг нэмэгдүүлдэг.

(A-аас C) Морфологи эсвэл бүтцийн нөлөө.(A) Атомуудын нягт (зүүн тэнхлэг) ба ирмэгийн талбайн (Nedge) атомуудын (100) хавтгай дээрх атомуудын харьцаа (N100) (баруун тэнхлэг) ирмэгийн урттай (d) хамааралтай.John Wiley and Sons (58)-ийн зөвшөөрлөөр хуулбарласан.(B) Морфологийн схем нь рН-ийн өөрчлөлтийг үүсгэсэн.John Wiley and Sons (68)-ийн зөвшөөрлөөр хуулбарласан.(C) Янз бүрийн нүх сүвний хэмжээ, гүнтэй мезопор зэсийн бүтээгдэхүүний сонгомол чанар.John Wiley and Sons (32)-ын зөвшөөрлөөр хуулбарласан.(D-ээс H) Лигандын нөлөө.(D ба E) Зэсийн нано утас (Cu NW) дээр өөр өөр төрлийн амин хүчил (D) эсвэл хувиргагч (E) -1.9 В-ийн ECR. Хатан хааны химийн нийгэмлэгийн зөвшөөрлөөр хуулбарласан (35).(F) Cu(35) дээр өөр өөр шингээлтийн потенциалтай өөр өөр галидын электролит дэх C2H4-ийн үйлдвэрлэлийн хурд.Америкийн химийн нийгэмлэгийн зөвшөөрлөөр хуулбарласан (91).NHE, ердийн устөрөгчийн электрод.(G) KOH электролитийн янз бүрийн концентрацид C2H4 ба CO-ийн FE ба (H) KOH электролитийн янз бүрийн концентрацид C2H4-ийн Tafel налуу.(G) ба (H) нь Америкийн шинжлэх ухааны дэвшлийн нийгэмлэгээс (AAAS) хуулбарлагдсан болно (33).

Жижиг молекулуудыг ашиглан катализаторын гадаргууг өөрчлөх нь ECR-ийн цахилгаан химийн гүйцэтгэлийг сайжруулах өөр нэг алдартай стратеги юм.Энэхүү стратеги нь катализаторын гадаргуугийн ойролцоох бичил орчинд нөлөөлж, гадаргуугийн лиганд ба завсрын хоорондын харилцан үйлчлэлийн улмаас гол завсрын бүтээгдэхүүнийг тогтворжуулах боломжтой.Аминыг ECR-ийг дэмжих хувиргагч гэж мэдээлсэн (35).Глицин (Gly), dl-alanin (Ala), dl-leucine (Leu), dl-триптофан (Tyr), dl-arginin (Arg), dl-триптофан (Trp) зэрэг төрөл бүрийн амин хүчлийг судалсан. тэдгээрийн зэсийн нано утаснуудад үзүүлэх нөлөөг судлах (35).5D-р зурагт үзүүлснээр бүх амин хүчилд суурилсан лигандууд C2+ нүүрсустөрөгчийн сонгомол чанарыг сайжруулах чадвартай байсан.Ийм сайжруулалт нь амин хүчлийн ─COOH ба ─NH2 функциональ бүлгүүд нь ECR-ийн сонгомол чанарыг сайжруулдаг болохыг харуулж байна.Өмнөх тайланд Cu-ийн гадаргуу дээрх амин хүчлүүдийг шингээх нь ─COOH ба ─NH2 бүлгүүдийн аль алинаар нь хийгдсэн болохыг харуулсан (35, 90).Зөвхөн ─COOH бүлэг агуулсан стеарины хүчил (C17H35COOH, RCO2H) нь ─COOH-ийн үүргийг тодорхойлохын тулд сонгосон.─COOH болон ─NH2 бүлгүүдийн аль нь ч агуулаагүй a-anthraquinone diazonium давс (AQ), о-нитробензол диазонийн давс (PhNO2), додецил меркаптан (C12H25SH, RSH) зэрэг бусад хувиргагчдыг мөн судалсан.Гэсэн хэдий ч тэдгээр нь бүгд C2+ нүүрсустөрөгчийн FE-ийн сайжруулалтад эерэг нөлөө үзүүлээгүй (Зураг 5E).Онолын тооцоогоор шингэсэн звитерион глицин дэх ─NH3+ бүлгүүд нь устөрөгчийн холбоо гэх мэт хүчтэй харилцан үйлчлэлийн улмаас *CHO завсрын бодисыг тогтворжуулж чаддаг болохыг харуулсан.Галидын ионыг электролитэд оруулах нь катализаторыг өөрчлөх өөр нэг арга юм (91, 92).5F-р зурагт үзүүлснээр плазмаар идэвхжүүлсэн Cu дээр C2H4 үйлдвэрлэх хурдыг галидын нэмэлтүүдийн тусламжтайгаар мэдэгдэхүйц нэмэгдүүлэх боломжтой.Cu(100) талбарт I−, Br−, Cl−-ийн харгалзах шингээлтийн энергитэй тохирч I− ион нь Br− ба Cl−-ээс илүү идэвхтэй болохыг харуулсан (91).Галидуудаас гадна гидроксидын ион нь C2H4 сонгох чадварт эерэг нөлөө үзүүлсэн.Саяхан Саржент болон хамтран ажиллагсад (33) урсгалын үүрэнд төвлөрсөн калийн гидроксид (KOH) электролитийг (10 М хүртэл) ашиглан ~70% FE-тэй CO2-ыг C2H4 болгон хувиргасан тухай мэдээлсэн.5G-р зурагт үзүүлснээр 10 M KOH электролит дэх CO болон C2H4-ийн үүсэх боломж 1 M KOH-тэй харьцуулахад хамаагүй бага байна.Цаашилбал, C2H4 формацийн Тафелийн налуу (Зураг 5H) нь гидроксидын агууламж нэмэгдэхийн хэрээр буурсан (1 M KOH-д 135 мВ арав-1, 10 М KOH-д 65 мВ арав-1), энэ нь нийт хурдны хувирлыг харуулж байна- тодорхойлох алхам.Нягтын функциональ онолын (DFT) үр дүн нь концентрацитай гидроксид байгаа нь CO-ийн завсрын холболтын энергийг бууруулж, шингээгдсэн OCCO завсрын бүтээгдэхүүний хоёр нүүрстөрөгчийн атомын цэнэгийн тэнцвэргүй байдлыг нэмэгдүүлдэг болохыг нотолсон.Үүний үр дүнд OCCO завсрын бүтээгдэхүүн нь илүү хүчтэй диполийн таталцлаар улам тогтворжиж, CO-ийн димеризацийн идэвхжүүлэлтийн энергийн саадыг бууруулж, улмаар ерөнхий гүйцэтгэлийг сайжруулна.

Этанол (CH3CH2OH) зэрэг C2+ хүчилтөрөгч нь өндөр үнэ цэнэтэй ECR бүтээгдэхүүний өөр нэг гол ангилал юм.Этанолын үйлдвэрлэлийн нийлэгжилт нь эрчим хүч их шаарддаг процесс бөгөөд этилен эсвэл хөдөө аж ахуйн түүхий эдийг их хэмжээгээр хэрэглэдэг (40).Тиймээс CO2-аас этанол эсвэл бусад C2+ хүчилтөрөгчийг электрокаталитик аргаар үйлдвэрлэх нь эдийн засаг, байгаль орчинд ихээхэн ач холбогдолтой юм.ECR-ээс этилийн спирт үүсэх нь C2H4-тэй төгсгөлийн өмнөх завсрын бүтээгдэхүүн болох *C2H3O (43)-ийг хуваалцсан тул энэ завсрын сонгомол устөрөгч нь ECR-ийн замыг C2H4-ээс спирт рүү шилжүүлж болно (64).Гэсэн хэдий ч ихэнх системд C2+ хүчилтөрөгчийг сонгох чадвар нь нүүрсустөрөгчөөс хамаагүй бага байдаг (31, 37, 39, 41, 42, 67).Тиймээс энэ хэсэгт бид C2+ хүчилтөрөгчийн FE-ийг 25% -иас дээш түвшинд хүргэх цахилгаан катализаторын дизайны стратегиудыг онцлон харуулах болно.

Дээр дурдсанчлан, сайн зохион бүтээсэн хоёр металлын катализатор нь C2+ нүүрсустөрөгчийн үйлдвэрлэлийн сонгомол чанар, идэвхийг сайжруулж чадна.Үүнтэй төстэй боловч ижил биш стратегийг C2+ хүчилтөрөгчийн электрокаталитик үйл ажиллагааг сайжруулахад ашигласан (38, 93, 94).Жишээлбэл, Ag агуулсан Cu-Cu2O катализаторууд нь тохируулж болох этанолын сонгомол чанарыг харуулсан ба хамгийн өндөр этилийн спиртийн FE нь 34.15% (95) байв.Этанолыг сонгон үйлдвэрлэх гол хүчин зүйл нь Ag/Cu атомын харьцааны оронд фазын холимог Ag-Cu хайлш дахь хоёр фазын хил хязгаарыг тодорхойлсон.Cu талбай нь үе шаттай холилдсон загвараар (Ag-Cu2OPB) Ag талбайтай маш ойрхон байрладаг тул фазаар холилдсон дээжинд этанолын завсрын бүтээгдэхүүний үүсэх хурдыг фазаар тусгаарлагдсантай (Ag-Cu2OPS) харьцуулахад ахиулах боломжтой. ), этанолыг илүү сайн үйлдвэрлэхэд хүргэдэг.Этанолоос гадна Cu-Ag биметалл NP нь бензотриазол (93) нэмснээр CO2-ыг ацетат болгон хувиргадаг болохыг харуулсан.RHE-тэй харьцуулахад -1.33 V үед ацетат FE 21.2% байв.Энэ тохиолдолд урвалын хоёр боломжит замыг санал болгосон: Нэг нь CO димеризаци дээр суурилдаг, нөгөө нь CO-ийг оруулахад үндэслэсэн бөгөөд идэвхтэй Ag сайтууд дээр CO завсрын үүсэх чухал үүргийг онцлон тэмдэглэв.Этанол үйлдвэрлэхэд Cu-Zn катализатор (Зураг 6, А ба В) дээр ижил төстэй ажиглалт хийсэн (38).Zn-Cu хайлштай катализатор дахь Zn-ийн агуулгыг тохируулснаар этанол ба C2H4 FE-ийн харьцааг 0.48-6 хооронд сайн хянах боломжтой бөгөөд энэ нь C2+ хүчилтөрөгч үүсэхэд CO-ийн хувьсах цэгүүдийн ач холбогдлыг харуулж байна.Хайлштай катализатор үүсэх нь матрицын материалд стрессийн нөлөөг өдөөж болох бөгөөд энэ нь заримдаа хүсээгүй байж болно.Тиймээс хоёр металлын катализатор руу чиглэсэн шууд зам нь зарим зорилтот бүтээгдэхүүнд илүү тохиромжтой байж болох юм.Жарамилло болон хамтран ажиллагчид (96) тандем катализийн эффектийг судлахын тулд алтны NP-ийг поликристал Cu тугалган цаасан дээр шууд буулгах замаар нийлэгжүүлсэн хялбаршуулсан Au-Cu биметалл системийг бүтээжээ.Биметалл Au-Cu нь цэвэр зэс, алт, Au-Cu хайлшаас илүү сайн ажиллаж, C2+ спиртийн эсрэг синергетик сонгомол, идэвхийг харуулсан.Cu тугалган цаастай харьцуулахад хоёр металлын Au-Cu систем нь CO-ийг үүсгэхэд идэвхтэй Au NPs (Зураг 6C) байгаа тул орон нутгийн CO-ийн концентраци нэмэгдсэнийг харуулсан.Алт нь CO-ийг бууруулахад идэвхтэй биш тул Au-Cu хоёр металлын катализатор дээр C2+ спиртийн үйлдвэрлэлийн хурдыг сайжруулсан нь тандем катализын механизмтай холбоотой юм.Тодруулбал, алтны NP нь Cu гадаргуугийн ойролцоо орон нутгийн CO-ийн өндөр концентрацийг үүсгэж болно.Дараа нь орон нутгийн CO-ийн элбэг дэлбэг молекулуудыг Cu-ийн тусламжтайгаар C2+ спирт болгон бууруулж болно.

(A-аас C) Хайлшийн нөлөө.(A) Төрөл бүрийн Cu-Zn хайлш дээрх этанол ба С2Н4-ийн хамгийн их FE, этанол ба этилений FE харьцаа.(B) Төрөл бүрийн Cu-Zn хайлш дээрх этанолын хэсэгчилсэн гүйдлийн нягт.(A) ба (B) нь Америкийн химийн нийгэмлэгийн зөвшөөрлөөр хуулбарлагдсан болно (38).(C) Алт, зэс, Au-Cu хоёр металлын систем дэх CO2-ын бууралт ба CO-ийн хувьслын хувьсал.Nature Publishing Group (96)-ийн зөвшөөрлөөр хуулбарласан.(D-ээс L) Морфологи эсвэл бүтцийн нөлөө.(D) Металлын ионыг эргүүлэх аргын бүдүүвч зураг.(E ба F) 100 циклийн Cu-ийн SEM зураг (E) ба дараа (F) ECR нөхцлөөр урьдчилан бууруулсан байна.(G) TEM болон сонгогдсон талбайн электрон дифракц нь Cu(100), Cu(100), Cu(111), Cu(211) тал дээр *OCCO ба *OCCHO үүсэхэд Cu(100) болон (H) чөлөөт энерги байгааг харуулж байна.(D)-ээс (G) хүртэл Nature Publishing Group (42)-ын зөвшөөрлөөр хуулбарласан болно.(I) Хүчилтөрөгч ба нүүрсустөрөгчийн Cu(111), Cu(751), Cu(100) дээрх потенциалаас хамаарсан харьцаа.(J) Cu(111), Cu(100), Cu(751)-ийн зохицуулалтын тоо.(I) болон (J)-г Үндэсний Шинжлэх Ухааны Академийн зөвшөөрөлтэйгээр хуулбарласан болно (97).(K) Cu NP-ээс куб төст зэс рүү шилжих үйл явцын схем.Үндэсний Шинжлэх Ухааны Академийн зөвшөөрөлтэйгээр хуулбарласан (98).(L) ECR-ийн өмнө ба дараа нанодендрит зэсийн SEM зураг.Америкийн химийн нийгэмлэгийн зөвшөөрлөөр хуулбарласан (99).

Электрокатализаторын хувьд болор талстыг сонгон өртөх нь тодорхой ECR бүтээгдэхүүнд чиглэсэн сайжруулсан FE-д хүрэх үр дүнтэй бөгөөд шууд арга бөгөөд үндсэн ойлголтын чухал арга гэдгийг харуулсан.Нэг талст катализаторын энгийн боловч өргөтгөх боломжтой синтез нь хэцүү байдаг.Батерейны гальваностатик цэнэглэх-цэнэглэх (GCD) процедураас санаа авч манай бүлэг Cu катализаторын талст фасетыг сонгон харуулах металл ионыг эргүүлэх аргыг (Зураг 6D) боловсруулсан (42).100 GCD циклийн дараа Cu тугалган цаасан дээр (100) нүүртэй нягт Cu nanocube массив үүссэн (Зураг 6, E-G).100 циклийн катализатор нь нийт С2+ спиртийн FE-ийг 30%-иас дээш, харгалзах С2+ спиртийн гүйдлийн нягтыг 20 мА см−2-оос дээш харуулсан.Гэсэн хэдий ч (100) фасетийн харьцаа багатай 10 мөчлөгт Cu нь зөвхөн ~10% -ийн C2+ спирт FE-ийг санал болгосон.DFT симуляци нь Cu(100) ба шаталсан (211) талууд нь Cu(111)-ээс C─C холболтод илүү таатай байсныг 6Н-р зурагт үзүүлсэн шиг баталсан.Загвар катализатор, янз бүрийн ил гадаргуутай эпитаксиаль Cu хальсыг C2+ хүчилтөрөгчийн үйлдвэрлэлд чиглэсэн идэвхтэй хэсгийн сэдлийг тодорхойлоход ашигласан (Зураг 6I) (97).Цөөн хөрштэй гадаргуу дээр CO* димер нь H* атомуудтай зэргэлдээ байх нь статистикийн хувьд бага байдаг тул бага координаттай Cu хэсгүүд нь нүүрсустөрөгчийн үүсэхийг дарангуйлж, устөрөгчжүүлэхэд илүү төвөгтэй байдаг тул C2+ хүчилтөрөгчийн FE-ийг сайжруулахад хүргэдэг. Түүний гадаргуу дээрх C─C хосолсон ECR завсрын бодисууд (97).Эпитаксиаль Cu киноны судалгаагаар Cu(751) гадаргуу дээрх ECR нь хүчилтөрөгч/нүүрстөрөгчийн харьцаа сайжирсан болохыг зохиогчид баталсан.Энэ сайжруулалтыг Cu гадаргуугийн Cu атомын геометрийн янз бүрийн Cu талбарууд болон харгалзах доод дундаж координат тоо (Зураг. 6J) -тэй холбож болох бөгөөд Cu атом нь Cu (751) дээрх хоёр, дөрөв, зургаан хамгийн ойрын хөршүүдтэй тус тус зохицуулж байв. Cu(100), Cu(111) тал.In situ морфологийн сэргээн босголтыг мөн C2+ хүчилтөрөгчийн FE-ийг сайжруулахад ашигласан.Идэвхтэй шоо хэлбэртэй Cu катализаторыг Ян болон хамтран ажиллагсад (98) бүтээсэн бөгөөд энэ нь C─C холболтын гүйцэтгэл сайжирсан байна.Нарийвчилсан байдлаар, өөр өөр ачаалалтай монодисперс Cu NPs (6.7 нм) нь ECR-ийн катализатор болгон нүүрстөрөгчийн цаасан дээр байрлуулсан.Cu NP-ийн ачаалал ихсэх тусам C2+ хүчилтөрөгчийн FE нэмэгдсэн нь ойлгомжтой.Ачаалал ихтэй нөхцөлд шигүү савласан Cu NPs нь ECR-ийн явцад in situ морфологийн өөрчлөлтөд орж, хамгийн сүүлд шоо хэлбэртэй хэлбэр дүрс үүссэн болохыг харуулсан (Зураг 6К).Шинээр бий болсон энэхүү бүтэц нь цахилгаан каталитик илүү идэвхтэй болох нь тогтоогдсон.Тафелийн шинжилгээгээр CO димеризаци нь C2 бүтээгдэхүүн үүсэх хурдыг тодорхойлдог алхам байсан бол n-пропанол нь энэ катализаторын системд салангид замыг харуулсан.Нанодендрит зэс нь C2+ хүчилтөрөгчийн үйлдвэрлэлд морфологийн хяналтын ач холбогдлыг харуулсан өөр нэг жишээ юм (99).Товчхондоо, сайн тодорхойлогдсон зэсийн нанодендрит (Зураг 6L) С2+ спиртийн нийт FE нь RHE-тэй харьцуулахад -1.0 В-д ойролцоогоор 25% байсан.−0.9 В-т гайхалтай n-пропанол FE-ийг олж авах боломжтой. Cu атомын өндөр идэвхийг харгалзан үзэхэд зэс дээр суурилсан катализаторууд нь ECR-ийн үед, ялангуяа хэт их потенциалын үед бүтцийн эвдрэлд байнга өртдөг бөгөөд энэ нь эргээд мууддаг. тогтвортой байдал.Гэсэн хэдий ч ийм нанодендрит зэс нь согтууруулах ундаа үйлдвэрлэхэд сайн тогтвортой байдлыг харуулсан бөгөөд 6 цагийн турш архины FE ~24% -ийг харуулсан.

Атомын сул орон зай, нэмэлт бодис зэрэг цахилгаан катализаторын согогууд нь уламжлалт бус ECR завсрын бүтээгдэхүүнийг шингээж, улмаар хүчилтөрөгчийн холбогдох замыг сонгон сайжруулах боломжийг харуулж байна (29, 43, 100).Этилен ба этилийн спирт үйлдвэрлэх эцсийн өмнөх завсрын бүтээгдэхүүн болох *C2H3O-г жишээ болгон авч Саржент болон хамтран ажиллагчид (43) үндсэн бүрхүүлийн Cu электрокатализаторын согогийн үүргийг нарийвчлан судалжээ.Тэд онолын хувьд этилен ба этанол үүсэх урвалын энергийн саадууд нь C─C-ийн холболтын эхний үе шатанд (0.5-V хэт потенциал) ижил төстэй байгааг харуулсан (Зураг 7А).Ийм нөхцөлд зэсийн сул орон зайг нэвтрүүлэх нь этилен үүсэх энергийн саадыг бага зэрэг нэмэгдүүлэх боловч этанол үүсэхэд ямар ч нөлөө үзүүлээгүй (Зураг 7Б).Гэсэн хэдий ч 7С-р зурагт үзүүлсэнчлэн сул орон зай, газрын доорх хүхрийн нэмэлт бодис бүхий зэсийн катализаторууд нь этилений замын энергийн саадыг ихээхэн нэмэгдүүлж, термодинамикийн хувьд тааламжгүй болгодог.Гэсэн хэдий ч ийм өөрчлөлт нь этилийн спиртийн замд үл тоомсорлох нөлөө үзүүлсэн.Энэ үзэгдлийг цаашид туршилтаар баталгаажуулсан.Гадаргуугийн сул орон зайтай үндсэн бүрхүүлийн бүтэцтэй Cu2S-Cu (Cu2S-Cu-V; Зураг 7D) нийлэгжсэн.Спирт ба этиленийн харьцаа нүцгэн Cu NP дээр 0.18 байсан бол хоосон Cu2S-Cu дээр 0.34 болж, дараа нь Cu2S-Cu-V дээр 1.21 болж өссөн боловч бүх катализаторын C2+ бүтээгдэхүүний нийт FE ижил хэвээр байна (Зураг 7E). .Энэхүү ажиглалт нь архины сонгомол байдлыг дэмжих нь DFT-ийн үр дүнтэй нийцэж байгаа этилен үйлдвэрлэлийг дарахтай холбоотой болохыг харуулж байна.Нэмж дурдахад, цэвэр нүүрстөрөгчийн материалууд нь ECR-д идэвхгүй байдаг тул согогийн инженерчлэл нь металгүй нүүрстөрөгчийн катализаторын хувьд илүү чухал үүрэг гүйцэтгэдэг.Нүүрстөрөгч дээр суурилсан катализаторын электрон бүтцийг өөрчлөхөд азот, бор зэрэг нэмэлт бодисуудыг ашигласан (31, 43, 100).Жишээлбэл, цахиурын субстрат дээр азотоор баяжуулсан наноалмаз (NDD) хальсыг Quan et al.(29) ECR-аас сонгомол ацетат үйлдвэрлэхэд зориулагдсан (Зураг 7F).Ацетат үүсэх боломж нь NDD катализатор ашиглан RHE-тэй харьцуулахад −0.36 В хүртэл бага байсан ба ацетатын FE нь RHE-тэй харьцуулахад −0.8-аас −1.0 В хүртэлх боломжит мужид 75%-иас дээш байв.Ийм гайхалтай сайжруулалтын гарал үүслийг ойлгохын тулд өөр өөр азотын агууламжтай эсвэл азотын төрөл зүйл бүхий NDD/Si ​​электродуудыг бэлтгэж, судалсан (Зураг 7G).Зохиогчид ECR-д зориулсан NDD/Si ​​катализаторын өндөр гүйцэтгэлийг устөрөгчийн хувьсал болон N-допингийн хэт их потенциалтай холбон тайлбарлаж болох бөгөөд N-sp3C зүйлүүд ацетат үйлдвэрлэхэд маш идэвхтэй байдаг гэж дүгнэжээ.Электрокинетик өгөгдөл болон in situ хэт улаан туяаны спектр нь ацетат үүсэх гол зам нь CO2 → *CO2− → *(COO)2 → CH3COO− байж болохыг илрүүлсэн.Азотоос гадна бор бол нано алмазын электрон бүтцийг зохицуулах өөр нэг сайн судлагдсан гетероатом юм.Гэсэн хэдий ч бороор баяжуулсан наноалмаз (BDD) нь CO2-ыг формальдегид эсвэл формат (101) болгон бууруулсан.Цаашилбал, Куан болон хамтран ажиллагсад (102) бор, азотын нэгдэл бүхий наноалмаз (BND) нь ECR-д синергетик нөлөө үзүүлж, BDD-ийн хязгаарлалтыг даван туулж, дараа нь этанолыг сонгон гаргаж авдаг болохыг харуулсан.BND1, BND2, BND3 өөр өөр азотын агууламжтай, ижил төрлийн борын допингийн түвшинтэй катализаторуудыг бэлтгэсэн.7Н-р зурагт үзүүлсэнчлэн этанолын хамгийн өндөр сонгомол чанар нь 93% хүртэл BND3 катализатор дээр азотын допинг ихтэй RHE-тэй харьцуулахад −1.0 В-т хүрч болно.Онолын тооцоогоор BND дээрх C─C-ийн холболтын процесс нь термодинамикийн хувьд таатай байсан бөгөөд борын атом нь CO2-ыг барьж, азотын нэмэлт бодис нь завсрын бодисыг этанол руу устөрөгчжүүлэхэд тусалдаг болохыг харуулсан.Хэдийгээр гетероатомоор баяжуулсан наноалмаз нь CO2-ыг сонгомол өндөртэй олон нүүрстөрөгчийн хүчилтөрөгч болгон хувиргах чадвартай байсан ч цэнэг дамжуулах процесс удаан явагддаг (одоогийн нягт нь 2 мА см-2-ээс бага) учраас түүний ECR идэвхжил маш хязгаарлагдмал байдаг.Графен дээр суурилсан материал нь алмазан дээр суурилсан катализаторын дутагдлыг арилгах боломжит шийдэл байж болох юм.Онолын хувьд графений давхарга дахь захын пиридиник N цэгүүдийг C─C холболтын идэвхтэй цэг болгон авсан (103).Энэ нь захын хэсгүүдэд пиридин N- байгаа нь CO2-ыг CO болгон хувиргаж, цаашлаад С2+ молекул болж хувирдагтай холбоотой юм (Зураг 7I).Жишээлбэл, *C2O2 завсрын бодисыг азотоор баяжуулсан нүүрстөрөгчид тогтворжуулж, хоёр С атом нь пиридин N ба түүний зэргэлдээх С атомтай холбогддог (103).Дараа нь онолын таамаглалыг азотоор баяжуулсан графен квант цэг (NGQD) катализатор ашиглан баталгаажуулсан (31).Азотоор баяжуулсан графен хуудсыг (1-ээс 3 мкм) нунтагласны дараа (Зураг 7J) 1-ээс 3 нм NGQD-г олж авсан бөгөөд тэдгээрийн ирмэг дээр байрлах пиридиник N-ийн нягтыг гурван шатлалаар нэмэгдүүлсэн.RHE-тэй харьцуулахад -0.78 В-д C2+ хүчилтөрөгчийн хамгийн их FE нь 26% хүртэл хүрч болно.Үүнээс гадна, Зураг 7К-д үзүүлсэнчлэн, C2+ хүчилтөрөгчийн хэсэгчилсэн гүйдлийн нягт нь RHE-тэй харьцуулахад −0.86 В-д 40 мА см−2-д ойрхон байгаа нь өөрчилсөн нано алмаазаас хамаагүй өндөр байна.Харьцуулбал, N-гүй графений квант цэгүүд ба N-дэвдүүлсэн графены исэл нь пиридиник N-ийн доод ирмэгийг харуулдаг бөгөөд үндсэндээ H2, CO, форматыг гаргаж авсан.

(А-аас С) Гиббс *C2H3O-аас зэсийн этилен ба этанол, хоосон зэс, зэсийн хоосон орон зайтай зэс, гүний хүхэр хүртэл чөлөөт энергийг ялгаруулдаг.(D) Cu2S-Cu-V катализаторын бүдүүвч зураг.(E) С2+ спирт ба этилений FE, түүнчлэн спирт болон алкенуудын FE харьцаа.(A)-аас (E) хүртэл Nature Publishing Group-ийн зөвшөөрлөөр хуулбарлагдсан болно (43).(F) NDD-ийн SEM зураг.(G) Өөр өөр азотын агууламжтай NDD дээр ацетат ба форматын үйлдвэрлэлийн хэмжээ.%, атом %.(F) ба (G)-г Америкийн химийн нийгэмлэгийн зөвшөөрлөөр хуулбарласан болно (29).(H) NDD, BDD болон BND-ийн FE-ууд −1.0 V. John Wiley and Sons (102)-ийн зөвшөөрлөөр хуулбарласан.(I) NGQD-д C─C холболт хийх идэвхтэй газруудын бүдүүвч зураг.(I) нь Америкийн химийн нийгэмлэгийн зөвшөөрөлтэйгээр хуулбарлагдсан (103).(J) NGQD-ийн TEM зураг.Хэмжээний баар, 1 нм.(K) NGQD ашигладаг төрөл бүрийн бүтээгдэхүүний хэсэгчилсэн гүйдлийн нягт.(J) болон (K) -ийг Nature Publishing Group-ийн зөвшөөрөлтэйгээр хуулбарласан болно (31).

Электрод катализатороос гадна электрод ба катализаторын реакторын архитектурын дизайн нь ECR-ийн гүйцэтгэлийг нэмэгдүүлэх, ялангуяа үйлдвэрлэлийн хурд, эрчим хүчний хэмнэлтийг нэмэгдүүлэх өөр нэг үр дүнтэй арга замыг санал болгож байна.Өндөр үр ашигтай C2+ үйлдвэрлэлд хүрэхийн тулд шинэ цахилгаан бууруулах системийг зохион бүтээх, үйлдвэрлэхэд ихээхэн сайжруулалт хийгдсэн.Энэ хэсэгт бид ECR электрод/реакторын дизайны талаар дэлгэрэнгүй авч үзэх болно.

H-хэлбэрийн эсийг хялбар угсрах, ашиглахад хялбар, хямд үнэ зэргийг харгалзан лабораторийн туршилтанд өргөн ашигладаг.Эсүүд нь ион солилцооны мембранаар холбогдсон бие даасан катод ба анодын камеруудаар тоноглогдсон байдаг (104, 105).Энэхүү H төрлийн эсийн үндсэн сул тал нь усны электролит дэх CO2-ын уусах чадвар багатай байдаг ба энэ нь орчны нөхцөлд ердөө 0.034 М бөгөөд энэ нь CO2-ийн бууралтын гүйдлийн нягтыг j < 100 мА см-2 (64) болгон хязгаарлахад хүргэдэг.Түүгээр ч зогсохгүй электродын гадаргуугийн хязгаарлагдмал талбай, электрод хоорондын том зай зэрэг бусад үндсэн сул талууд нь өсөн нэмэгдэж буй судалгааны шаардлагыг хангаж чадахгүй байна (105, 106).C2+ бүтээгдэхүүн үйлдвэрлэхэд H төрлийн эсүүд нь хэт их потенциалын үед бага сонгомол шинж чанартай байдаг, жишээ нь −0.98 В-т этилен 32%, RHE (107), n-пропанол нь RHE (99) -0.9 В-тэй харьцуулахад 13.1%, ба −0.46 В-т этанолын хувьд RHE (108)-тай харьцуулахад 20.4%, устөрөгчийн хувьсал ноцтой өрсөлдөөнтэй холбоотой.

Дээрх асуудлуудыг шийдвэрлэхийн тулд урсгалын реакторыг санал болгосон (15, 109).Урсгалын эсүүдэд хийн CO2 урсгалыг катодын түүхий эд болгон шууд ашиглах боломжтой бөгөөд ингэснээр массын тархалт болон үйлдвэрлэлийн хурдыг мэдэгдэхүйц сайжруулахад хүргэдэг (104, 110).Зураг 8А нь урсгалын эсийн ердийн архитектурыг харуулсан бөгөөд полимер электролитийн мембран (PEM) нь урсгалын хоёр сувгийн хооронд хавчуулагдсан электрод тусгаарлагчийн үүрэг гүйцэтгэдэг.Катализаторыг хийн тархалтын электрод (GDE) дээр хөдөлгөөнгүй болгож катодын электрод болж, хийн CO2 шууд тэжээгддэг.0.5 М KHCO3 зэрэг католит нь катализаторын электрод ба PEM-ийн хоорондох нимгэн давхарга дотор тасралтгүй урсдаг.Нэмж дурдахад анодын тал нь хүчилтөрөгч ялгаруулах урвалын хувьд ихэвчлэн усан электролитээр эргэлддэг (43, 110).H төрлийн эсүүдтэй харьцуулахад эдгээр мембран дээр суурилсан урсгалын эсүүд нь ECR-ийн өндөр гүйцэтгэлийг харуулдаг.Жишээлбэл, Саржент болон хамтран ажиллагсад (43) Cu2S-Cu-V катализаторын ECR-ийн гүйцэтгэлийг H төрлийн эс болон урсгалын эсийн аль алинд нь үнэлсэн бөгөөд 8-р зурагт (B-ээс E) үзүүлсэн.H төрлийн эсийг ашиглан C2+ бүтээгдэхүүний хамгийн их FE нь 41% байсан бөгөөд нийт гүйдлийн нягт нь −0.95 В-оос доош ~30 мА см−2, RHE-тэй харьцуулахад.Гэсэн хэдий ч C2+ бүтээгдэхүүний FE нь урсгалын систем дэх RHE-тэй харьцуулахад −0.92 В-ийн дор 400 мА см−2-аас амархан давсан нийт гүйдлийн нягт нь 53% болж өссөн.Урсгалын реакторын ашиглалтын гүйцэтгэлийн ийм мэдэгдэхүйц сайжруулалтыг орон нутгийн хий-электролит-катализаторын гурвалсан интерфейсийн архитектураас үүдэлтэй СО2-ийн тархалтыг сайжруулж, гаж нөлөөг дарангуйлсантай холбон тайлбарлаж болно.

(A) Электрод-электролитийн интерфейсийн томруулсан бүдүүвч бүхий урсгалын электролизерийн диаграмм.(A) John Wiley and Sons (30)-ын зөвшөөрлөөр хуулбарлагдсан.(B-ээс E) H төрлийн эс ба урсгалын эсийг ашиглан ECR гүйцэтгэлийн харьцуулалт.(B)-ээс (E) хүртэл Nature Publishing Group-ийн зөвшөөрлөөр хуулбарласан болно (43).(F-ээс H) ECR-ийн гүйцэтгэлтэй харьцуулахад урсгалын эсүүдэд хэрэглэсэн өөр өөр электролитууд.(F)-ээс (H) хүртэл John Wiley and Sons (30)-ын зөвшөөрлөөр хуулбарлагдсан.(I-ээс K) Полимер дээр суурилсан хийн диффузын электродын бүтэц, тогтвортой байдлын үзүүлэлт.(I)-ээс (K) хүртэлх хэсгийг AAAS (33)-ын зөвшөөрлөөр хуулбарласан болно.

Тэг цоорхойтой эс нь шинээр гарч ирж буй электролизерүүдийн өөр нэг анги бөгөөд урсгалын эсүүд дэх урсгалын сувгийг зайлуулж, хоёр электродыг хооронд нь ион солилцох мембранаар дардаг.Энэхүү тохиргоо нь масс дамжуулалт болон электрон дамжуулалтын эсэргүүцлийг мэдэгдэхүйц бууруулж, улмаар эрчим хүчний хэмнэлтийг сайжруулж, практик хэрэглээнд илүү боломжтой болгодог (110).Катод руу орж буй урвалжууд нь CO2-аар ханасан католит эсвэл чийгшүүлсэн CO2 урсгал байж болно.Усны уур эсвэл усан электролитийг протоныг ялгаруулахын тулд анод руу заавал нийлүүлж, СО2 (111) бууруулах зүйлийн цэнэгийг нөхдөг.Gutiérrez-Guerra нар.(109) тэг цоорхойтой эсийн Cu-AC эрлийз катализаторын гүйцэтгэлийг үнэлж, ацетальдегид нь 60% -ийн сонгомол өндөртэй гол бүтээгдэхүүн болохыг мэдээлсэн.Энэ төхөөрөмжийн бас нэг давуу тал нь урвалжийн урсгалыг дарахад маш хялбар бөгөөд орон нутгийн CO2-ийн концентрацийг ихэсгэдэг тул их хэмжээний гүйдлийн нягтрал, өндөр урвалын хурдыг бий болгодог (110).Гэсэн хэдий ч тэг цоорхойтой эсүүд дэх ионы солилцооны хурдатгал нь католитыг хүчиллэгжүүлэх хандлагатай байдаг бөгөөд энэ нь CO2-ийг бууруулахын оронд H2 хувьсал руу шилжихэд хүргэдэг (112).Энэ асуудлыг шийдэхийн тулд Жоу болон хамтран ажиллагсад (112, 113) катод ба мембраны хооронд эргэлдэж буй усан электролит бүхий буфер давхаргыг байрлуулж, катодын ойролцоох CO2 бууруулах урвалын зохих рН-ийг хадгалсан.Хэдийгээр ацетон, этанол, n-пропанол зэрэг тэг цоорхойтой эсийн үндсэн дээр янз бүрийн C2+ бүтээгдэхүүнийг илрүүлсэн боловч FE харьцангуй бага хэвээр байна.Ихэнх мэдээлэгдэж буй судалгаанууд нь багасгах урвалын явцад цөөн тооны протон ба электрон дамжуулалтыг агуулсан C1 бүтээгдэхүүнд анхаарлаа төвлөрүүлдэг.Тиймээс C2+ бүтээгдэхүүний хувьд тэг цоорхойтой эсийн боломжийн талаар маргаантай хэвээр байна (110).

Нэмж дурдахад микрофлюидик электролитийн эсүүд (MECs) нь Кенис болон хамтран ажиллагсад (39, 114) боловсруулсан маш сонирхолтой электролизерийн нэг төрөл юм.Энэ төхөөрөмжид мембраныг анод ба катодыг салгахын тулд урсдаг электролитийн урсгалаар дүүргэсэн нимгэн зайгаар (<1 мм зузаантай) сольсон.CO2 молекулууд нь катодын ойролцоох электрод-электролитийн интерфейс рүү хурдан тархаж, хоёр тогтсон GDE-ийг урсгал электролитээр угаана.Мембран дээр суурилсан урсгалын эсүүдтэй харьцуулахад MEC нь мембраны өндөр өртөгөөс зайлсхийж зогсохгүй усны менежментийг багасгадаг бөгөөд энэ нь усны молекулуудын осмосын таталтаас шалтгаалан өндөр гүйдлийн нягттай ажиллах үед анод хатах, катодын үерлэх зэрэгт хамаарна. протоныг мембранаар анодоос катод руу зөөвөрлөнө (115).Бидний мэдэж байгаагаар мэдэгдэхүйц гавъяа, ололт амжилтыг үл харгалзан хамгийн бага тооны судалгаагаар анхны БСШУСЯ-д C2+ бүтээгдэхүүнд хүрсэн байна.Энэ нь C2+ үүсэх олон протон үүсэх урвалд оролцохын оронд анод дахь протонууд катодын орчмоос амархан гадагшилдаг эсвэл урсаж буй электролитээр угааж арилдаг "хөвөгч" нөлөөнөөс үүдэлтэй байж магадгүй юм.Таамаглалыг дараах жишээгээр баталж болно.2016 онд Кенис болон хамтран ажиллагсад (31) өөрчлөгдсөн, мембран агуулсан MEC дээр CO2-ийг C2+ болгон бууруулж, NGQD нь 55% FE (этилен 31%, 14%) CO2 молекулыг C2+ болгон бууруулж чадсан тухай мэдээлсэн. этанол, 6% ацетат, 4% n-пропанол) 1 M KOH уусмал дахь RHE-ийн эсрэг -0.75 В-ийн хэрэглээний потенциалтай.Электролитийн орчин нь бүтээгдэхүүний сонгомол чанарт ихээхэн нөлөөлдөг гэдгийг тэмдэглэх нь зүйтэй.Жишээлбэл, Jiao болон хамтран ажиллагчид (30) нано сүвэрхэг Cu катализаторыг нэгтгэж, дараа нь мембран дээр суурилсан MEC-д янз бүрийн электролит (KHCO3, KOH, K2SO4, KCl) ашиглан ECR-ийн гүйцэтгэлийг туршиж үзсэн.Шүлтлэг электролит (KOH) дахь CO2-ын бууралт нь 8-р зурагт (F ба G) үзүүлсэн шиг хамгийн их C2+ сонгомол ба гүйдлийн нягтыг харуулдаг болохыг тэд илрүүлсэн.1 M KOH электролит дэх RHE-ийн эсрэг −0.67 В-д C2+-ийн олж авсан FE нь 653 мА см−2 хэсэгчилсэн гүйдлийн нягттай 62% хүртэл хүрдэг нь электрохимийн CO2-ийн бууралтад бүртгэгдсэн хамгийн өндөр гүйдлийн нягтуудын нэг юм. C2+ бүтээгдэхүүн рүү.Этилен (38.6%), этанол (16.6%), n-пропанол (4.5%) нь бага хэмжээний ацетат агуулсан үндсэн C2+ бүтээгдэхүүн юм.Тэд мөн C2+ бүтээгдэхүүний тооцоолсон гадаргуугийн рН ба FE-ийн хооронд хүчтэй хамаарал байгааг онцлон тэмдэглэв: Гадаргуугийн рН өндөр байх тусам гүйдлийн нягтрал ихсэх ба C2+ бүтээгдэхүүний гарцыг Зураг 8H-т үзүүлэв.Онолын тооцоолол нь гадаргуугийн ойролцоох OH- ионууд нь C─C холболтыг хүчтэйгээр хөнгөвчлөх боломжтой гэж үзсэн (31).

Электролизерийн тохиргооноос гадна өөр өөр электролизерт хэрэглэсэн электролит нь эцсийн ECR бүтээгдэхүүнийг ихээхэн өөрчилж чадна.Дээр дурдсанчлан, өндөр шүлтлэг KOH уусмалыг H төрлийн эсээс илүү сайн гүйцэтгэлтэй урсгалын эсүүдэд үргэлж ашигладаг.Энэ нь KOH электролит нь электролитийн өндөр дамжуулалтыг хангаж, катализатор дээрх нимгэн электролитийн бүрээс ба задгай электролитийн хоорондох омын эсэргүүцлийг бууруулж, C2+ үүсэхэд шаардлагатай хэт их потенциалыг бууруулж чаддагтай холбоотой юм (31).DFT-ийн үр дүн нь OH- ионууд байгаа нь CO-ийн димеризацийн энергийн саадыг бууруулж, улмаар C2+ үүсэхийг нэмэгдүүлж, C1 ба H2 үүсэх өрсөлдөөнийг дарж болохыг баталж байна (30, 33).Гэсэн хэдий ч шүлтлэг KOH нь H төрлийн эсүүдэд электролит болгон ашиглах боломжгүй байв.Учир нь CO2-ийн урсгал нь KOH уусмалуудтай хурдан урвалд орж, эцэст нь H хэлбэрийн эсүүдэд саармаг рН бүхий бикарбонатын уусмал үүсгэдэг (30).Харин урсгалын эсүүдэд CO2 нь GDE-ээр дамжин тархаж эхэлмэгц CO2 молекулууд гурвалсан хилийн үе шатанд (CO2-катализатор-электролит) зарцуулагдаж, нэн даруй буурсан бүтээгдэхүүн үүсгэдэг.Нэмж дурдахад электролитийн буферийн чадвар муу нь суурин электролизерийн тохиргоонд электродын эргэн тойрон дахь рН-ийг хурдан нэмэгдүүлэх чадвартай байдаг бол урсаж буй электролит нь гадаргууг сэргээж, электролитийн рН-ийн хэлбэлзлийг багасгах болно (33, 116).

Дээр дурьдсанчлан, ECR нь тархалтын удирдлагатай урвал бөгөөд өндөр урвалын даралт нь CO2-ийн бөөнөөр болон интерфейсийн концентрацийг ихээхэн нэмэгдүүлдэг.Нийтлэг өндөр даралтын реакторууд нь зэвэрдэггүй ган автоклавтай төстэй бөгөөд өндөр даралтын CO2 (60 атм хүртэл) нь үүрэнд нэвтэрч, FE болон C2+ гүйдлийн нягтыг (117) мэдэгдэхүйц нэмэгдүүлэхэд хүргэдэг. , 118).Саката болон хамтран ажиллагсад (119) гол бүтээгдэхүүн болох этилен бүхий Cu электрод дээр гүйдлийн нягтыг 30 атм дор 163 мА см-2 хүртэл нэмэгдүүлэх боломжтойг харуулсан.Хүрээлэн буй орчны даралтад C2+ үйлдвэрлэх идэвхгүй олон металл катализаторууд (жишээ нь, Fe, Co, Ni) өндөр даралттай үед CO2-ийг этилен, этан, пропан болон бусад өндөр зэрэглэлийн C2+ бүтээгдэхүүн болгон бууруулж чаддаг.Бүтээгдэхүүний сонгомол чанар нь электродын гадаргуу дээрх CO2-ийн агууламжийг өөрчлөх замаар CO2 даралтаас ихээхэн хамаардаг болохыг харуулсан (117, 120).Үндсэн бууруулсан бүтээгдэхүүнүүд нь H2-оос нүүрсустөрөгчид (C2+ орно) болон хамгийн сүүлд CO2 даралт ихсэх CO/HCOOH болж өөрчлөгддөг.CO2-ийн хэт их эсвэл бага даралт нь CO/HCOOH эсвэл H2-ийн үйлдвэрлэлд эерэгээр нөлөөлдөг илүүдэл буюу хязгаарлагдмал CO2-ийн тархалтыг өдөөдөг тул CO2 даралтыг сайтар хянаж байх ёстой.Зөвхөн электродын гадаргуу дээр үүссэн завсрын CO болон гүйдлийн нягтрал нь C─C холболтын урвалыг хөнгөвчлөх ба C2+ бүтээгдэхүүний сонгомол чанарыг сайжруулж чадна (119).

Дэвшилтэт бүтэцтэй шинэ электродыг зохион бүтээх нь C2+ сонгомол үйлдвэрлэлийг сайжруулах бас нэг чухал чиглэл юм.Эрт үе шатанд ажиллаж буй электродууд нь сүвэрхэг бус металл тугалган цаас бөгөөд массын дамжуулалт удаашралтай байдаг (26, 105).Үүний үр дүнд GDE-ийг катализаторын хэсгүүдэд CO2 тархалтыг хөнгөвчлөх гидрофобик сувгаар хангах замаар эсийн муу гүйцэтгэлийг бууруулахыг санал болгосон (121).Уламжлалт GDE нь ихэвчлэн катализаторын давхарга (CL) ба хийн тархалтын давхарга (GDL) -аас бүрддэг бөгөөд үүнийг Зураг 8А (30, 33)-ийн доод хэсэгт үзүүлэв.GDE-д үүссэн хий-шингэн-катализаторын интерфейс нь эсийн гүйцэтгэлийг сайжруулахад маш чухал юм.Сүвэрхэг материалаар (ихэвчлэн нүүрстөрөгчийн цаас) угсарсан GDL нь CO2-ийн элбэг дэлбэг замыг хангаж, электролитийн хурдан тархалтыг хангах боломжтой.Энэ нь мөн протон, электрон, CL-ээс электролит (121) руу ангижруулах бүтээгдэхүүнийг бага эсэргүүцэлтэй зөөвөрлөх үүрэг гүйцэтгэдэг.Дусал цутгах, агааржуулах, электродоор буулгах нь GDE бэлтгэх нийтлэг технологи юм (122).GDE-тэй угсарсан катализаторыг C2+ бүтээгдэхүүн болгон СО2-ыг цахилгаанаар бууруулах талаар эрчимтэй судалсан.Дээр дурдсан сайн гүйцэтгэлтэй урсгалын эсүүд бүгд GDE-тэй хослуулсан байдаг.Аль 1990 онд Сэммеллс болон хамтран ажиллагсад (123) Cu-ээр бүрсэн GDE нь 667 мА см-2 өндөр нягттай этилений FE 53%-д хүрсэн гэж мэдээлсэн.Этилен ба этилийн спиртийн сонгомол чанарыг сайжруулах нь Cu-д суурилсан катализаторууд хоорондоо маш төстэй механик урвалын замтай байдаг тул тэдгээрийг байнга үйлдвэрлэдэг томоохон сорилт юм.Түүнчлэн, этиленийн бүтээмж, сонгомол чанар нь этанолтой харьцуулахад өндөр байгаа нь Cu-д суурилсан GDE дээр ажиглагдсан болохыг тэмдэглэх нь чухал юм (25, 36).Gewirth болон хамтран ажиллагсад (36) нийт гүйдлийн нягт −0.7 В-д ~300 мА см−2 хүрэх үед электроджуулсан Cu-Ag GDE дээр этилений хувьд 60%, этанолын хувьд 25% дарагдсан FE-ийг маш сайн харуулсан. RHE.Энэ нь их гүйдлийн нягтралд ийм өндөр сонголттой болсон ховор бүтээл юм.Энэхүү олдвор нь GDE-д суурилуулсан электрод нь гүйдлийн өндөр нягтаршилтай үед бууруулсан бүтээгдэхүүний сонгомол чанарыг олж авах боломжтой урвалын замыг тохируулах ирээдүйтэй боломжийг олгодог болохыг харуулж байна.

Урсгал эсийн практик хэрэглээг хэрэгжүүлэхийн тулд урт хугацааны тогтвортой үйл ажиллагаа нь зайлшгүй чухал тул GDE-ийн тогтвортой байдал нь шийдвэрлэх ёстой чухал асуудал юм.GDE-ийн тусламжтайгаар CO2-аас C2+-ийн гайхалтай гүйцэтгэлийг үл харгалзан катализатор, GDL болон холбогч давхаргын механик наалдац сул тул тогтвортой байдал муу хэвээр байна (77, 124).Өндөр потенциалын үед үүссэн исэлдэлтийн урвалын улмаас GDL-ийн нүүрстөрөгчийн гадаргуу нь электрохимийн урвалын үед гидрофобикээс гидрофилик болж өөрчлөгдөж болох бөгөөд энэ нь GDL-д үерлэж, CO2 тархах замд саад учруулдаг (33).Энэ асуудлыг шийдэхийн тулд судлаачид политетрафторэтилен (PTFE)-ийн гидрофобик шатыг GDE-д нэгтгэсэн.Гидрофил Нафионтой харьцуулахад гидрофобик PTFE давхарга нь удаан хугацааны тогтвортой байдлыг хангадаг (33).Саржент болон хамтран ажиллагсад (33) тусгаарлагдсан PTFE болон нүүрстөрөгчийн NP-ийн хооронд Cu катализаторыг угсарсан бөгөөд үүнд гидрофобик PTFE давхарга нь NP болон бал чулууны давхаргыг хөдөлгөөнгүй болгож, тогтвортой электродын интерфэйсийг бий болгосон (Зураг 8, I ба J).Үүний үр дүнд этилен үйлдвэрлэх FE нь 75-100 мА см−2 гүйдлийн нягттай үед 7 M KOH уусмалд 70% хүртэл нэмэгдсэн.Энэхүү урсгалын реакторын ашиглалтын хугацааг 150 гаруй цаг хүртэл сунгаж, этилен сонгомол чанар бага зэрэг алдагдсан ба энэ нь уламжлалт GDE-ээс 300 дахин урт болохыг Зураг 8К-д үзүүлэв.Ийм сэндвич бүтэц нь GDE-ийн маш сайн загвар болох нь батлагдсан.Жишээлбэл, Cui болон хамтран ажиллагчид (124) хоёр гидрофоб нано сүвэрхэг полиэтилен хальсаар таслагдсан идэвхтэй электродын давхарга бүхий гурвалсан бүтэц зохион бүтээжээ.Гаднах гидрофобик давхаргууд нь их хэмжээний уусмалаас электролитийн урсгалыг удаашруулж, ажлын электродын эргэн тойронд тогтвортой, өндөр орон нутгийн рН-д хүргэдэг.Ийм загварт CO2-ийн тээвэрлэлт, шингээлтийг сайжруулж болох давхаргын хоорондын зайг оновчтой болгох нь бас чухал юм (124).Сүүлийн үед нүүрстөрөгчийн нано гуурсууд нь өндөр сүвэрхэг, сайн дамжуулалт, гидрофобик шинж чанартай тул электрон болон массын тээвэрлэлтийг хөнгөвчлөх боломжтой тул GDE-д нэгтгэгджээ (77).

ECR дээр сэтгэл хөдөлгөм дэвшил гарсан хэдий ч бага өртөгтэй, том хэмжээний C2+ бүтээгдэхүүн үйлдвэрлэх стратеги ховор байдаг (125).Энэ үе шатанд ECR-ийн урвалын механизмыг ойлгож, энэхүү ирээдүйтэй технологийг арилжаанд нэвтрүүлэхэд сорилт, боломжууд зэрэгцэн оршиж байна.

Нүүрстөрөгчийн гогцоог хааж, салхи, нар гэх мэт үе үе сэргээгдэх эрчим хүчийг хадгалах гоёмсог шийдэл болохын хувьд сүүлийн хэдэн арван жилд CO2-ыг үр ашигтай хувиргахад ихээхэн ахиц дэвшил гарсан.ECR-тэй холбоотой үйл явцын талаарх ойлголт нь анх үүссэн цагаасаа хойш нэлээд урт замыг туулсан боловч (126) C2+ бүтээгдэхүүн рүү ECR-ээр дамжуулан C─C холболт нь практик хэрэглээнд бэлэн болоогүй хэвээр байна.Энэхүү тоймд бид катализаторын нарийн тохируулга, электролитийн нөлөөлөл, цахилгаан химийн нөхцөл, электрохимийн электрод/реакторын дизайн зэрэг C2+ бүтээгдэхүүний сонгомол чанар, үйлдвэрлэлийн хурдыг ECR-ээр дэмжих одоогийн стратегийн талаар дэлгэрэнгүй авч үзсэн.

ECR-д оруулсан бүх хүчин чармайлтыг үл харгалзан одоогийн катализатор болон ECR системтэй холбоотой олон асуудал байсаар байгаа бөгөөд ECR-ийг арилжаалахаас өмнө шийдвэрлэх шаардлагатай байна.Нэгдүгээрт, Cu нь C─C-ийн үр ашигтай холболтыг бий болгох гол катализаторын хувьд, ялангуяа усан электролитийн тогтвортой байдлын ноцтой асуудалтай тулгардаг бөгөөд ECR-ийн нөхцөлд атомын хөдөлгөөн ихтэй, бөөмийн бөөгнөрөл, бүтэц мууддаг тул 100 цагийн турш амьдрах нь ховор байдаг.Тиймээс Cu-д суурилсан катализаторыг ашиглан урт хугацааны тогтвортой байдлыг хэрхэн хангах нь нээлттэй сорилт хэвээр байна.Cu-д суурилсан катализаторыг хүчтэй харилцан үйлчлэлтэй тусгай дэмжлэг дээр бэхлэх нь катализаторын бүтэц/морфологийг хадгалах найдвартай стратеги байж болох бөгөөд ингэснээр ашиглалтын хугацааг уртасгана.Цаашилбал, ECR-ийн үед усан уусмалыг орлуулахын тулд полимер мембран электролитийг ашиглах нь Cu-д суурилсан катализаторын тогтвортой байдлыг улам сайжруулж магадгүй юм.Нэмж дурдахад катализаторын үүднээс катализаторын гүйцэтгэлийн бууралтыг хянах, ойлгохын тулд in situ/in operando шинж чанарыг тодорхойлох арга техник, онолын загварчлалыг ашиглах нь зүйтэй бөгөөд ингэснээр катализаторын доройтол, хордлогыг хамгийн бага түвшинд хүртэл дарах болно.ECR катализаторын өөр нэг чухал асуудал бол синтезийн протоколыг олноор үйлдвэрлэх боломжтой болгох явдал юм.Үүний тулд өргөн боломжтой түүхий эдийг ашиглан синтетик процедурыг оновчтой болгохыг илүүд үздэг.

Хоёрдугаарт, ECR-ээс үүссэн C2+ хүчилтөрөгчийг уламжлалт H-эсвэл урсгалын эсийн реакторуудад электролит дэх ууссан бодисуудтай (жишээлбэл, KHCO3 ба KOH) холино, гэхдээ энэ нь цэвэр шингэн түлшний уусмалыг гаргаж авахын тулд нэмэлт салгах, баяжуулах процессыг шаарддаг. практик хэрэглээ.Үүний зэрэгцээ үүссэн C2+ нүүрсустөрөгч нь мөн H2 болон үлдэгдэл CO2-тай холилддог.Тиймээс өндөр өртөгтэй салгах үйл явц нь одоогийн ECR технологийн хувьд зайлшгүй шаардлагатай бөгөөд энэ нь ECR-ийг практикт ашиглахад улам бүр саад болж байна.Иймээс цэвэр шингэн түлшний уусмал, цэвэр хийн нүүрсустөрөгчийг, ялангуяа бүтээгдэхүүний өндөр концентрацитай шууд, тасралтгүй хэрхэн яаж үйлдвэрлэх нь ECR-ийг практикт ашиглахад маш чухал юм.Тиймээс бид ойрын ирээдүйд ECR-ээр дамжуулан цэвэр бүтээгдэхүүн үйлдвэрлэхийн ач холбогдол нэмэгдэж, ECR технологийг зах зээлд илүү ойртуулж магадгүй гэж таамаглаж байна (127).

Гуравдугаарт, ECR технологид этанол, цууны хүчил, этилен зэрэг C─O, C─H холбоо үүсэх нь ихээхэн судлагдаж байгаа хэдий ч бусад төрлийн бүтээгдэхүүний хайгуул нь ECR технологийн хувьд чухал ач холбогдолтой бөгөөд эдийн засгийн ашиг сонирхлыг харуулж байна.Жишээлбэл, саяхан Хан болон хамтран ажиллагсад (128) ECR-ээр 2-бромоэтнол үйлдвэрлэсэн тухай мэдээлсэн.C─Br бондын in situ үүсэх нь бүтээгдэхүүнийг этанолоос 2-бромоэтнол болгон хувиргадаг бөгөөд энэ нь химийн болон эмийн нийлэгжилтийн чухал бүрэлдэхүүн хэсэг бөгөөд нэмүү өртөг өндөртэй байдаг.Тиймээс одоогийн сайн судлагдсан C2+ бүтээгдэхүүнээс гадна оксалийн хүчил (129) зэрэг ховор судлагдсан бусад бүтээгдэхүүнийг онилж, циклийн нэгдлүүд гэх мэт илүү нарийн төвөгтэй С2+ молекулуудын нийлэгжилт нь ирээдүйн ECR судалгааны өөр нэг ирээдүйтэй зам гэж бид үзэж байна.

Эцэст нь хэлэхэд, ус нэвтрүүлдэггүй GDE, шингэн урсгалын эс, PEM эс зэрэг электрод ба реакторын шинэ загваруудыг өргөнөөр ашиглах нь зүйтэй бөгөөд энэ нь ECR-ийн үйлдвэрлэлийн хурдыг арилжааны түвшинд (>200 мА см-2) хүргэх ёстой.Гэсэн хэдий ч цахилгаан катализаторыг бүрэн эсийн туршилтанд хэрэглэх үед электрокаталитик идэвхжил дэх том зөрүү үргэлж ажиглагддаг.Тиймээс хагас эсийн судалгаа болон бүрэн эсийн төхөөрөмжийн хэрэглээний хоорондох зайг багасгахын тулд ECR-ийг лабораторийн туршилтаас практик хэрэглээнд шилжүүлэхийн тулд илүү системтэй судалгаа хийх хэрэгтэй.

Дүгнэж хэлэхэд, цахилгаан химийн CO2 бууруулах нь хүний ​​үйл ажиллагаанаас ялгарах хүлэмжийн хийн байгаль орчны асуудлыг шийдвэрлэх сайхан боломжийг бидэнд олгож байна.Мөн сэргээгдэх эрчим хүчийг ашиглан цэвэр түлш, химийн бодис гаргах боломжтойг харуулж байна.Одоогийн шатанд ECR технологи, ялангуяа C─C холбох үйл явцын хувьд олон сорилт бэрхшээл тулгарсаар байгаа ч катализаторын оновчлол болон эсийн төгс байдлыг сайжруулах судалгаа, боловсруулалтыг үргэлжлүүлэн хийснээр цэвэр түлшний CO2 электролизийн бодит ертөнцийн хэтийн төлөв бий болно гэж үзэж байна. болон химийн бодисууд ойрын хугацаанд хэрэгжих болно.

Энэ нь Creative Commons Attribution-Арилжааны бус лицензийн нөхцлийн дагуу түгээгдсэн нээлттэй хандалттай нийтлэл бөгөөд үр дүнд нь ашиглагдах нь арилжааны ашиг сонирхолд нийцэхгүй, эх бүтээл нь зохих ёсоор хийгдсэн тохиолдолд аливаа мэдээллийн хэрэгслээр ашиглах, түгээх, хуулбарлахыг зөвшөөрдөг. иш татсан.

ЖИЧ: Бид зөвхөн таны цахим шуудангийн хаягийг асууж байгаа тул таны хуудсыг санал болгож буй хүн таныг энэ хуудсыг харахыг хүссэн бөгөөд энэ нь хог хаягдал биш гэдгийг мэдэж байх болно.Бид ямар ч имэйл хаягийг авдаггүй.

© 2020 Америкийн шинжлэх ухааны дэвшлийн нийгэмлэг.Бүх эрх хуулиар хамгаалагдсан.AAAS нь HINARI, AGORA, OARE, CHORUS, CLOCKSS, CrossRef болон COUNTER.Science Advances ISSN 2375-2548-ийн түнш юм.