పర్యావరణ ఆందోళనలు మరియు శక్తి పరివర్తన దృష్ట్యా, పునరుత్పాదక విద్యుత్తును ఉపయోగించి విలువ ఆధారిత మల్టీకార్బన్ (C2+) ఇంధనాలు మరియు రసాయనాలకు ఎలక్ట్రోకెమికల్ CO2 తగ్గింపు (ECR), అదనపు ఆర్థిక ప్రయోజనాలతో పాటు కార్బన్ చక్రాన్ని మూసివేయడానికి సొగసైన దీర్ఘకాలిక పరిష్కారాన్ని అందిస్తుంది.అయినప్పటికీ, తక్కువ ఎంపిక, కార్యాచరణ మరియు స్థిరత్వం కారణంగా సజల ఎలక్ట్రోలైట్‌లలో ఎలక్ట్రోక్యాటలిటిక్ C─C కలపడం ఇప్పటికీ బహిరంగ సవాలుగా ఉంది.ఉత్ప్రేరకాలు మరియు రియాక్టర్ల రూపకల్పన ఆ సవాళ్లను పరిష్కరించడానికి కీని కలిగి ఉంది.ఎలక్ట్రోక్యాటలిస్ట్‌లు మరియు ఎలక్ట్రోక్యాటలిటిక్ ఎలక్ట్రోడ్/రియాక్టర్ డిజైన్‌లో వ్యూహాలు మరియు వాటి సంబంధిత మెకానిజమ్‌లపై దృష్టి సారించి, ECR ద్వారా సమర్థవంతమైన C─C కప్లింగ్‌ను ఎలా సాధించాలో మేము ఇటీవలి పురోగతిని సంగ్రహించాము.అదనంగా, C2+ ఉత్పత్తి ఉత్పత్తికి ప్రస్తుత అడ్డంకులు మరియు భవిష్యత్తు అవకాశాలు చర్చించబడ్డాయి.ప్రాథమిక అవగాహన మరియు సాంకేతిక అనువర్తనాల్లో మరింత అభివృద్ధి మరియు ప్రేరణ కోసం సమాజానికి అత్యాధునిక C─C కలపడం వ్యూహాల యొక్క వివరణాత్మక సమీక్షను అందించాలని మేము లక్ష్యంగా పెట్టుకున్నాము.

వాతావరణంలోకి కార్బన్ డయాక్సైడ్ (CO2) యొక్క అధిక విడుదల తీవ్రమైన పర్యావరణ పరిణామాలను ప్రేరేపించింది మరియు మానవ సమాజాలకు అత్యవసర మరియు సంభావ్యంగా కోలుకోలేని ముప్పును కూడా అందిస్తుంది (1, 2).వాతావరణ CO2 గాఢత 1800ల ప్రారంభంలో 270 ppm (పార్ట్స్ పర్ మిలియన్) నుండి జూలై 2015లో 401.3 ppmకి బాగా పెరగడంతో, మానవ కార్యకలాపాల ద్వారా విడుదలయ్యే కార్బన్ పాదముద్రను రీసైక్లింగ్ చేయడంపై ప్రపంచవ్యాప్త ఏకాభిప్రాయం కుదిరింది (3, 4).కార్బన్ ఫుట్‌ప్రింట్ కోసం క్లోజ్ లూప్‌ను గ్రహించడానికి, ప్రస్తుత శక్తి మరియు రసాయన పరిశ్రమల ఆధారపడటాన్ని శిలాజ ఇంధనాల నుండి సౌర మరియు గాలి (5–8) వంటి పునరుత్పాదక వనరులలోకి మార్చడం ఒక సంభావ్య విధానం.ఏదేమైనప్పటికీ, పెద్ద-స్థాయి శక్తి నిల్వ కోసం విధానాలు అందుబాటులోకి వస్తే తప్ప, ఆ పునరుత్పాదక వనరుల నుండి శక్తి యొక్క భాగం వాటి అడపాదడపా స్వభావం కారణంగా 30%కి మాత్రమే పరిమితం చేయబడింది (9).అందువల్ల, ప్రత్యామ్నాయంగా, పవర్ ప్లాంట్ల వంటి పాయింట్ మూలాధారాల నుండి CO2ని సంగ్రహించడం, ఆ తర్వాత రసాయన ఫీడ్‌స్టాక్‌లు మరియు ఇంధనాలుగా మార్చడం అనేది ఆచరణాత్మకంగా ఆచరణీయమైనది (9–12).పునరుత్పాదక విద్యుత్తును ఉపయోగించి ఎలెక్ట్రోక్యాటలిటిక్ CO2 తగ్గింపు (ECR) అనేది మార్పిడులకు అవసరమైన తేలికపాటి ఆపరేషన్ పరిస్థితుల కారణంగా ఒక సొగసైన దీర్ఘ-కాల పరిష్కారాన్ని సూచిస్తుంది, దీనిలో విలువ-ఆధారిత ఉత్పత్తులను ఎంపిక చేసి ఉత్పత్తి చేయవచ్చు (13).అంజీర్ 1లో క్రమపద్ధతిలో వివరించినట్లుగా, ఈ ప్రక్రియలో, ఎలెక్ట్రోకెమికల్ ఎలక్ట్రోలైజర్ CO2 మరియు నీటిని రసాయనాలు మరియు పునరుత్పాదక విద్యుత్ ద్వారా ఇంధనంగా మారుస్తుంది.ఫలితంగా వచ్చే ఇంధనం దీర్ఘకాలిక నిల్వ సామర్థ్యాన్ని కలిగి ఉంటుంది మరియు పంపిణీ చేయబడుతుంది లేదా వినియోగించబడుతుంది, CO2ని ప్రధాన వ్యర్థంగా ఇస్తుంది, ఇది లూప్‌ను మూసివేయడానికి సంగ్రహించబడుతుంది మరియు తిరిగి రియాక్టర్‌కు అందించబడుతుంది.అంతేకాకుండా, ECR నుండి చిన్న-అణువుల రసాయన ఫీడ్‌స్టాక్‌లు [ఉదా, కార్బన్ మోనాక్సైడ్ (CO) మరియు ఫార్మేట్] మరింత సంక్లిష్టమైన రసాయన సంశ్లేషణ కోసం ముడి పదార్థాలుగా ఉపయోగించవచ్చు.

సౌర, గాలి మరియు హైడ్రో వంటి పునరుత్పాదక ఇంధన వనరుల ద్వారా నడిచే క్లోజ్డ్ కార్బన్ సైకిల్‌తో ECR నుండి ఇంధనాలు మరియు రసాయనాలను సాధించవచ్చు.సెల్ ఇంజినీరింగ్ మరియు ఉత్ప్రేరకం ఇంజినీరింగ్ CO2ను అధిక శక్తి సాంద్రత కలిగిన విలువ-ఆధారిత C2+ ఉత్పత్తుల్లోకి మార్చడానికి ఎంపిక, కార్యాచరణ మరియు సామర్థ్యాన్ని ప్రోత్సహించడానికి కీలక పాత్రలను పోషిస్తాయి.

అయినప్పటికీ, CO2 అనేది ఒక బలమైన C═O బంధంతో (750 kJ mol−1) (14) చాలా స్థిరమైన సరళ అణువు, ఇది ఎలక్ట్రోకెమికల్ మార్పిడికి కష్టతరం చేస్తుంది.అందువల్ల, దీనికి అధిక క్రియాశీలత అవరోధం అవసరం, ఇది గణనీయమైన ఓవర్‌పోటెన్షియల్‌లకు దారితీస్తుంది (15).ఇంకా, సజల ఎలక్ట్రోలైట్‌లోని ECR అనేది బహుళ-ఎలక్ట్రాన్/ప్రోటాన్ బదిలీ ప్రక్రియలతో పాటు అనేక విభిన్న ప్రతిచర్య మధ్యవర్తులు మరియు ఉత్పత్తులతో (16–18) కలిగి ఉంటుంది, ఇది చాలా క్లిష్టంగా ఉంటుంది.CO, మీథేన్ (CH4), మిథనాల్ (CH3OH), ఫార్మిక్ యాసిడ్ (HCOOH), ఇథిలీన్ (C2H4), ఇథనాల్ (CH3CH2OH) మరియు మొదలైన వాటితో సహా ప్రధాన ECR ఉత్పత్తుల యొక్క సగం ఎలక్ట్రోకెమికల్ థర్మోడైనమిక్ ప్రతిచర్యలను టేబుల్ 1 సంగ్రహిస్తుంది. సంబంధిత ప్రామాణిక రెడాక్స్ పొటెన్షియల్స్ (19).సాధారణంగా, ECR ప్రక్రియలో, CO2 అణువులు ముందుగా శోషణం మరియు పరస్పర చర్యకు లోనై ఉత్ప్రేరకం ఉపరితలంపై పరమాణువులతో *CO2−ని ఏర్పరుస్తాయి, ఆ తర్వాత ప్రోటాన్‌లు మరియు/లేదా ఎలక్ట్రాన్‌ల యొక్క వివిధ దశలవారీగా వివిధ తుది ఉత్పత్తులకు బదిలీ అవుతాయి.ఉదాహరణకు, CH4 క్రింది మార్గాల ద్వారా ఏర్పడుతుందని నమ్ముతారు: CO2 → *COOH → *CO → *CHO → *CH2O → *CH3O → CH4 + *O → CH4 + *OH → CH4 + H2O (20).

Figure 2A నివేదించబడిన ECR ఎలక్ట్రోక్యాటలిస్ట్‌ల కోసం వివిధ ఉత్పత్తి రేట్ల (ప్రస్తుత సాంద్రత) క్రింద ఫారడైక్ సామర్థ్యాన్ని (FE) సంగ్రహిస్తుంది, ఇది ప్రతిచర్య యొక్క ఉత్పత్తి ఎంపికను సూచిస్తుంది (21–43).ముఖ్యంగా, అత్యాధునిక ఎలక్ట్రోక్యాటలిస్ట్‌లు CO2ని C1 ఉత్పత్తులుగా (CO లేదా ఫార్మాట్) 95% పైగా FEతో అధిక ఉత్పత్తి రేటు (> H-రకం సెల్ కోసం 20 mA cm−2 మరియు >100 mA cm−)గా మార్చగలవు. ఫ్లో సెల్ కోసం 2) (9, 21, 22, 25, 28, 44, 45), అందుబాటులో ఉన్న మల్టీకార్బన్ (C2+) రసాయనాల అత్యంత ఎంపిక (>90%) మరియు సమర్థవంతమైన ఉత్పత్తి ఇప్పటి వరకు గుర్తించబడలేదు.C2+ ఉత్పత్తులకు కలపడం అనేది ఉపరితలంపైకి అనేక CO2 అణువుల రాక మరియు శోషణం, దశలవారీగా పరివర్తన మరియు ప్రాదేశిక స్థానాలు (13) అవసరం అనే వాస్తవం దీనికి కారణం.నిర్దిష్టంగా చెప్పాలంటే, Fig. 2Bలో చూపిన విధంగా, *CO మధ్యవర్తుల యొక్క తదుపరి ప్రతిచర్యలు ECR యొక్క చివరి C2+ ఉత్పత్తులను నిర్ణయిస్తాయి.సాధారణంగా, C2H6 మరియు CH3COO− ఒకే *CH2 ఇంటర్మీడియట్‌ను పంచుకుంటాయి, ఇది *CO యొక్క ప్రోటాన్-కపుల్డ్ ఎలక్ట్రాన్ బదిలీ దశల నుండి ఉత్పత్తి అవుతుంది.*CH2 యొక్క మరింత ప్రోటోనేషన్ *CH3 ఇంటర్మీడియట్‌ను ఇస్తుంది, ఇది *CH3 డైమెరైజేషన్ ద్వారా C2H6 ఏర్పడటానికి దారితీస్తుంది.C2H6 తరం కాకుండా, CH3COO− CO *CH2లోకి చొప్పించడం ద్వారా ఏర్పడుతుంది.*CO డైమెరైజేషన్ అనేది C2H4, CH3CH2OH మరియు n-propanol (n-C3H7OH) ఏర్పడటానికి రేటు-నిర్ధారణ దశ.ఎలక్ట్రాన్ బదిలీ మరియు ప్రోటోనేషన్ దశల శ్రేణి తర్వాత, *CO─CO డైమర్ *CH2CHO ఇంటర్మీడియట్‌ను ఏర్పరుస్తుంది, ఇది C2H4 మరియు C2H5OH కోసం ఎంపిక-నిర్ణయాత్మక దశగా పనిచేస్తుంది.అదనంగా, *CH2CHOను C2H4కి తగ్గించడం వలన *CH3CHOను C2H5OH (46)గా మార్చడం కంటే తక్కువ శక్తి అవరోధం ఉందని కనుగొనబడింది, ఇది చాలా రాగి ఉత్ప్రేరకాలపై C2H5OH కంటే C2H4 కోసం అధిక FEని వివరించవచ్చు.ఇంకా, స్థిరీకరించబడిన C2 మధ్యవర్తులు CO చొప్పించడం ద్వారా n-C3H7OHకి బదిలీ చేయవచ్చు.C2+ రసాయన నిర్మాణం సమయంలో సంక్లిష్టమైన మరియు నియంత్రించలేని ప్రతిచర్య మార్గాలు ప్రధానంగా ప్రోటోనేషన్ సైట్‌లకు అనేక ప్రస్తారణల కారణంగా, నాన్‌ఎలెక్ట్రోకెమికల్ స్టెప్ (19, 47) యొక్క సాధ్యమైన ప్రమేయంతో పాటుగా ఉంటాయి.అందుకని, అధిక దిగుబడి వద్ద నిర్దిష్ట C2+ ఉత్పత్తి ఏర్పడటానికి అత్యంత ఎంపిక చేయబడిన ఎలక్ట్రోక్యాటలిస్ట్‌ల రూపకల్పన ఒక అవసరం.ఈ సమీక్షలో, ECR ద్వారా ఎంపిక చేయబడిన C2+ ఉత్పత్తి ఉత్పత్తి కోసం ఎలక్ట్రోక్యాటలిస్ట్ రూపకల్పనలో వ్యూహాలపై ఇటీవలి పురోగతిని హైలైట్ చేయాలని మేము లక్ష్యంగా పెట్టుకున్నాము.మేము సంబంధిత యంత్రాంగాల అవగాహనల సారాంశాన్ని కూడా అందిస్తాము.ECR యొక్క సమర్థవంతమైన, స్థిరమైన మరియు భారీ-స్థాయి ఆపరేషన్‌ను ఎలా సాధించాలో చూపించడానికి ఎలక్ట్రోడ్ మరియు రియాక్టర్ రూపకల్పన కూడా నొక్కి చెప్పబడుతుంది.ఇంకా, CO2ని ఎలెక్ట్రోకెమికల్‌గా మార్చడానికి మిగిలిన సవాళ్లు మరియు భవిష్యత్తు అవకాశాల గురించి మేము చర్చిస్తాము.

(A) నివేదించబడిన ECR ఎలక్ట్రోక్యాటలిస్ట్‌ల (21–43, 130) కోసం వివిధ ఉత్పత్తి రేట్ల (ప్రస్తుత సాంద్రత) కింద FE.(B) ECR సమయంలో అత్యంత సాధ్యమయ్యే C2+ మార్గాలు.అమెరికన్ కెమికల్ సొసైటీ అనుమతితో పునరుత్పత్తి చేయబడింది (47).

CO2ను రసాయన ఇంధనాలు మరియు ఫీడ్‌స్టాక్‌లుగా మార్చడం అనేది కార్బన్-న్యూట్రల్ ఎనర్జీ సైకిల్ (11) సాధించడానికి ఒక సంభావ్య సాంకేతికత.అయినప్పటికీ, C2+ ఉత్పత్తుల యొక్క FE ఇప్పటికీ ఆచరణాత్మక అనువర్తనానికి దూరంగా ఉంది, ఇక్కడ అత్యాధునిక ఉత్ప్రేరకాలు C2 ఉత్పత్తులను దాదాపు 60% FE (13, 33)తో ఉత్పత్తి చేయడానికి అనుమతిస్తాయి, అయితే C3 ఉత్పత్తి 10% కంటే తక్కువకు పరిమితం చేయబడింది. FE (48, 49).CO2 నుండి C2+ ఉత్పత్తులకు తగ్గింపు కలయికకు అత్యంత సమన్వయంతో కూడిన పదనిర్మాణ మరియు ఎలక్ట్రానిక్ లక్షణాలతో (50, 51) భిన్నమైన ఉత్ప్రేరకాలు అవసరం.ఉత్ప్రేరక ఉపరితలం మధ్యవర్తుల మధ్య స్కేలింగ్ సంబంధాలను విచ్ఛిన్నం చేయాలి (47, 52, 53).అంతేకాకుండా, C─C బంధం ఏర్పడటానికి, ఉత్ప్రేరకం ఉపరితలం వద్ద గ్రహించిన ప్రతిచర్య మధ్యవర్తులు ఒకదానికొకటి దగ్గరగా ఉండాలి.ఇంకా, బహుళ ప్రోటాన్-సహాయక ఎలక్ట్రాన్ బదిలీ దశల కారణంగా ప్రారంభంలో శోషించబడిన ఇంటర్మీడియట్ నుండి నిర్దిష్ట C2+ ఉత్పత్తి వైపు మార్గం బాగా నియంత్రించబడాలి.C2+ ఉత్పత్తుల పట్ల CO2 తగ్గింపు యొక్క అధిక సంక్లిష్టతను పరిగణనలోకి తీసుకుని, ఎంపికను పెంచడానికి ఎలక్ట్రోక్యాటలిస్ట్‌లను జాగ్రత్తగా రూపొందించాలి.ఇంటర్మీడియట్ జాతులు మరియు రసాయన కూర్పుల ప్రకారం, మేము C2+ ఉత్పత్తులను మల్టీకార్బన్ హైడ్రోకార్బన్‌లు మరియు ఆక్సిజనేట్‌లుగా వర్గీకరిస్తాము (4, 54).నిర్దిష్ట C2+ మాలిక్యూల్ ఉత్పత్తి కోసం అత్యంత సమర్థవంతమైన ఎలక్ట్రోక్యాటలిస్ట్‌లను సంప్రదించడానికి, హెటెరోటామ్ డోపింగ్, క్రిస్టల్ ఫేసెట్ రెగ్యులేషన్, అల్లాయ్/డీలోయింగ్, ఆక్సిడేషన్ స్టేట్ ట్యూనింగ్ మరియు సర్ఫేస్ లిగాండ్ కంట్రోల్ వంటి అనేక ఉత్ప్రేరకాల డిజైన్ వ్యూహాలు ప్రదర్శించబడ్డాయి (35, 41, 55–61) .ఆప్టిమల్ డిజైన్ పైన పేర్కొన్న ప్రభావాలను హేతుబద్ధంగా పరిగణించాలి మరియు ప్రయోజనాలను పెంచాలి.లేకపోతే, యాక్టివ్-సైట్ మూలాంశాలు అటువంటి ప్రత్యేకమైన ఉత్ప్రేరక ప్రవర్తనకు దారితీస్తాయో అర్థం చేసుకోవడం C─C కలపడం కోసం ఖచ్చితమైన ఉత్ప్రేరక రూపకల్పనపై మరింత వెలుగునిస్తుంది.అందువల్ల, నిర్దిష్ట ఉత్పత్తుల (మల్టీకార్బన్ హైడ్రోకార్బన్‌లు మరియు ఆక్సిజనేట్‌లు) వైపు ECR ఉత్ప్రేరకాన్ని ఎలా రూపొందించాలి మరియు సంబంధిత మెకానిజం ఈ భాగంలో చర్చించబడుతుంది.

C2H4 వంటి C2+ హైడ్రోకార్బన్‌లు, పాలిథిలిన్ ఉత్పత్తి (62, 63) వంటి వివిధ రకాల రసాయన పరిశ్రమలకు అనుబంధ రసాయనాలు.అంతేకాకుండా, ఇది నేరుగా వెల్డింగ్ కోసం ఇంధనంగా లేదా సహజ వాయువులో మిశ్రమ భాగం వలె ఉపయోగించవచ్చు (12).CO (ఫిషర్-ట్రోప్ష్ సంశ్లేషణ) మరియు CO2 యొక్క హైడ్రోజనేషన్ పారిశ్రామిక స్థాయిలో చాలా కాలం పాటు C2+ హైడ్రోకార్బన్‌లను ఉత్పత్తి చేయడానికి ఉపయోగించబడింది, అయితే అధిక శక్తి వినియోగం మరియు పర్యావరణ ప్రభావంతో సవాలు చేయబడింది (64).దీనికి పూర్తి విరుద్ధంగా, పునరుత్పాదక శక్తిని ఉపయోగించి ఎలెక్ట్రోకెమికల్ CO2 తగ్గింపు క్లీనర్ మరియు మరింత స్థిరమైన మార్గాన్ని అందిస్తుంది.C2+ హైడ్రోకార్బన్‌ల (32, 33, 65–70) వైపు సమర్థవంతమైన ఎలక్ట్రోక్యాటలిస్ట్‌లను అభివృద్ధి చేయడానికి గొప్ప ప్రయత్నం జరిగింది.

ఎలక్ట్రోకెమికల్ CO2 మార్పిడి సమయంలో స్కేలింగ్ సంబంధాన్ని విచ్ఛిన్నం చేయడానికి బైమెటాలిక్ ఎలక్ట్రోక్యాటలిస్ట్‌లు విస్తృతంగా పరిశోధించబడ్డాయి, ఇది కీ ఇంటర్మీడియట్‌ను స్థిరీకరించగలదు మరియు ఓవర్‌పోటెన్షియల్‌ను తగ్గిస్తుంది మరియు తద్వారా, ఎంపికను పెంచుతుంది (71–74).Au-Cu, Ag-Cu, Au-Pd మరియు Cu-Pt వంటి మిశ్రమ పదార్థాల శ్రేణిని క్లిష్టమైన ఇంటర్మీడియట్ (73, 75) స్థిరీకరించడం ద్వారా అధిక సామర్థ్యం గల C1 ఉత్పత్తి కోసం ప్రదర్శించబడినప్పటికీ, C2+ హైడ్రోకార్బన్ నిర్మాణంపై మిశ్రమం ప్రభావం కనిపిస్తోంది. మరింత సంక్లిష్టంగా ఉండాలి (76).ఉదాహరణకు, Cu-Ag బైమెటాలిక్ సిస్టమ్‌లో, Ag మరియు Cu (77) యొక్క ఉపరితల పరమాణు నిష్పత్తిని ట్యూన్ చేయడం ద్వారా ఉత్పత్తి పంపిణీని సులభంగా నియంత్రించవచ్చు.ఉపరితల Cu-రిచ్ నమూనా హైడ్రోకార్బన్ ఉత్పత్తికి ప్రాధాన్యత ఇవ్వబడుతుంది, అయితే ఉపరితల Ag-రిచ్ ఉత్పత్తులు CO ద్వారా ఆధిపత్యం చెలాయిస్తాయి, ఇది మిశ్రమ ECR ఎలక్ట్రోక్యాటలిస్ట్‌ల కోసం పరమాణు నిష్పత్తి యొక్క ప్రాముఖ్యతను హైలైట్ చేస్తుంది.స్థానిక పరమాణు అమరిక వలన ఏర్పడే రేఖాగణిత ప్రభావం మధ్యవర్తుల బంధన బలాన్ని గణనీయంగా ప్రభావితం చేస్తుంది.Gewirth మరియు సహోద్యోగులు (36) సంకలిత-నియంత్రిత ఎలక్ట్రోడెపోజిషన్ నుండి Cu-Ag మిశ్రమాలు ఆల్కలీన్ ఫ్లో ఎలక్ట్రోలైజర్‌లో C2H4 కోసం ~60% FEని ప్రదర్శించాయి (Fig. 3, A మరియు B).ఈ సందర్భంలో, ఆప్టిమైజ్ చేయబడిన C2H4 ఎంపికను పదనిర్మాణం మరియు Ag-లోడింగ్ ట్యూనింగ్ ద్వారా సాధించవచ్చు.ECR సమయంలో CO ఏర్పడటానికి Ag సైట్‌లు ప్రమోటర్ పాత్రను పోషిస్తాయని నమ్ముతారు.అప్పుడు, CO ఇంటర్మీడియట్ యొక్క సరైన లభ్యత పొరుగున ఉన్న Cuలో C─C కలపడానికి సహాయపడుతుంది.అంతేకాకుండా, Cu-Ag ఉత్ప్రేరకం సంశ్లేషణ (Fig. 3C) సమయంలో Cu2O ఏర్పడటాన్ని కూడా Ag ప్రోత్సహిస్తుంది, ఫలితంగా C2H4 ఉత్పత్తి సామర్థ్యం మెరుగుపడుతుంది.ఈ సినర్జీ C─C కప్లింగ్ ఉత్ప్రేరకాలు అభివృద్ధి చేయడానికి కొత్త అవకాశాలను తెరుస్తుంది.ఇంకా, మిశ్రమం వ్యవస్థలోని వివిధ లోహాల మిక్సింగ్ నమూనా కూడా ECR ఉత్పత్తుల పంపిణీని నిర్ణయించగలదు.Pd-Cu మిశ్రమాన్ని ఉదాహరణగా ఉపయోగించడం (Fig. 3D), కెనిస్ మరియు సహోద్యోగులు (71) ఒక దశ-వేరు చేయబడిన Pd-Cu ఉత్ప్రేరకం C2H4 కోసం దాని ఆర్డర్ మరియు అస్తవ్యస్తతతో పోలిస్తే అత్యధిక ఎంపిక (~50%) అందించగలదని నిరూపించారు. ప్రతిరూపాలు.d-బ్యాండ్ సిద్ధాంతం ప్రకారం, సాధారణంగా, తక్కువ d-బ్యాండ్ సెంటర్‌తో పరివర్తన మెటల్ లోహ ఉపరితలాలపై సిటు ఉత్పత్తి చేయబడిన మధ్యవర్తుల బలహీనమైన బైండింగ్‌ను చూపుతుంది (78).దశ-వేరు చేయబడిన Pd-Cu మిశ్రమం Cu నానోపార్టికల్స్ (NPలు)తో CO కోసం సారూప్య ఉత్ప్రేరక ఎంపిక మరియు కార్యాచరణను ప్రదర్శించినప్పటికీ, ఇది Pd ట్యూనింగ్ ద్వారా మధ్యవర్తుల పట్ల పూర్తిగా భిన్నమైన బంధన బలాన్ని అందించింది.అంజీర్ 3Eలో చూపినట్లుగా, దశ-వేరు చేయబడిన Cu-Pd మిశ్రమం అత్యల్పంగా ఉన్న d-బ్యాండ్ కేంద్రాన్ని చూపింది, అయితే Cu NP అత్యధికంగా ఉంటుంది.దశ-వేరు చేయబడిన Cu-Pd మిశ్రమం CO ఇంటర్మీడియట్‌కు అతి తక్కువ బైండింగ్ బలాన్ని కలిగి ఉందని ఇది సూచిస్తుంది.దశ-వేరు చేయబడిన Cu-Pd మిశ్రమం కేసులో హైడ్రోకార్బన్ ఎంపికను మెరుగుపరచడానికి ఎలక్ట్రానిక్ ప్రభావం కంటే రేఖాగణిత మరియు నిర్మాణ ప్రభావం ఎక్కువ పాత్ర పోషిస్తుందని ఈ పరిశీలన సూచిస్తుంది.ఈ రోజు వరకు, స్వచ్ఛమైన రాగి లేదా రాగి-ఆధారిత మిశ్రమం మాత్రమే CO2 నుండి C2+ హైడ్రోకార్బన్‌లకు ఎలక్ట్రోకెమికల్ తగ్గింపు కోసం ఉన్నతమైన ఎంపిక మరియు కార్యాచరణను చూపుతుంది.అందువల్ల, ECR నుండి C2+ హైడ్రోకార్బన్ ఉత్పత్తి కోసం ఒక నవల ఎలక్ట్రోక్యాటలిస్ట్‌ను అభివృద్ధి చేయడం చాలా అవసరం.CO2 హైడ్రోజనేషన్ ద్వారా ప్రేరణ పొంది, C2H4 తరం (79) కోసం వివిధ దశలతో Ni-Ga మిశ్రమం ఉపయోగించవచ్చని ప్రాథమిక అధ్యయనం నిరూపించింది.Ni5Ga3 ఫిల్మ్ CO2ని C2H4 మరియు ఈథేన్ (C2H6)కి తగ్గించగలదని ఇది చూపించింది.C2+ హైడ్రోకార్బన్‌ల వైపు FE 5% కంటే తక్కువగా ఉన్నప్పటికీ, ఇది మిశ్రమం ప్రభావం ఆధారంగా C─C కలపడం వైపు ఎలక్ట్రోక్యాటలిస్ట్ స్క్రీనింగ్ కోసం కొత్త లైన్‌లను తెరవవచ్చు.

(A నుండి C) సంకలిత-నియంత్రిత ఎలక్ట్రోడెపోజిషన్ ద్వారా రూపొందించబడిన Cu-Ag బైమెటాలిక్ ఉత్ప్రేరకాలు: (A) Cu వైర్, Cu-Ag పాలీ మరియు Cu-Ag వైర్ యొక్క స్కానింగ్ ఎలక్ట్రాన్ మైక్రోస్కోపీ (SEM) మరియు (B) సంబంధిత C2H4 FE.(C) EXAFS Cu-Ag వైర్ సజాతీయంగా మిశ్రమంగా ఉందని మరియు Cu(I) ఆక్సైడ్ అందించబడిందని చూపించింది.(A) నుండి (C) వరకు అమెరికన్ కెమికల్ సొసైటీ (36) అనుమతితో పునరుత్పత్తి చేయబడతాయి.(D మరియు E) విభిన్న మిక్సింగ్ నమూనాలతో Cu-Pd ఉత్ప్రేరకాలు: (D) ఇలస్ట్రేషన్, ట్రాన్స్‌మిషన్ ఎలక్ట్రాన్ మైక్రోస్కోపీ (TEM) ఇమేజెస్ మరియు ఎనర్జీ-డిస్పర్సివ్ స్పెక్ట్రోస్కోపీ ఎలిమెంట్ మ్యాప్‌లు ఆర్డర్ చేయబడిన, అస్తవ్యస్తమైన మరియు దశ-వేరు చేయబడిన Cu-Pd మిశ్రమాలు మరియు (E ) ఫెర్మీ స్థాయికి సంబంధించి Cu-Pd మిశ్రమాల ఉపరితల వాలెన్స్ బ్యాండ్ ఫోటోఎమిషన్ స్పెక్ట్రా మరియు d-బ్యాండ్ సెంటర్ (నిలువు రేఖ).(D) మరియు (E) అమెరికన్ కెమికల్ సొసైటీ (71) నుండి అనుమతితో పునరుత్పత్తి చేయబడ్డాయి.au, ఏకపక్ష యూనిట్లు.

మిశ్రమం ప్రభావంతో పాటు, ఆక్సీకరణ స్థితులను మార్చడం అనేది ఎలక్ట్రోక్యాటలిస్ట్‌ల పనితీరును ట్యూన్ చేయడానికి మరొక ప్రధాన సూత్రం, ఇది పదార్థం యొక్క స్థానిక ఎలక్ట్రానిక్ నిర్మాణాన్ని ప్రభావితం చేస్తుంది.ఉత్ప్రేరకం యొక్క ఆక్సీకరణ స్థితి ట్యూనింగ్‌కు మొదటి ఉదాహరణ ఆక్సైడ్-ఉత్పన్న పదార్థాలను ఉపయోగించడం.సిటు తగ్గింపు తర్వాత ఉత్ప్రేరకం యొక్క ఉపరితలం లేదా ఉప ఉపరితలంపై అవశేష ఆక్సిజన్ జాతులు లోహ కేంద్రం యొక్క ఆక్సీకరణ స్థితిని నియంత్రిస్తాయి.ఉదాహరణకు, ప్లాస్మా-ఆక్సిడైజ్డ్ Cu C2H4 వైపు 60% కంటే ఎక్కువ ఎంపికను చూపింది, ఇది తగ్గింపు-నిరోధక Cu+ (37)కి ఆపాదించబడింది.అధిక ఇథిలీన్ సెలెక్టివిటీకి Cu+ కీ పరామితి అని నిర్ధారించడానికి, మేము వివిధ ప్లాస్మా (Fig. 4A) ఉపయోగించి నియంత్రణ ప్రయోగాలు చేసాము.సిటు హార్డ్ ఎక్స్-రే అబ్సార్ప్షన్ స్పెక్ట్రోస్కోపీలో (ఉప) ఉపరితల పొరలోని అవశేష ఆక్సైడ్‌లు తగ్గింపు స్థితికి వ్యతిరేకంగా స్థిరంగా ఉన్నాయని చూపింది, 1 గంట తగ్గింపు తర్వాత గణనీయమైన మొత్తంలో Cu+ జాతులు −1.2 V మరియు రివర్సబుల్ అధిక పొటెన్షియల్స్‌లో మిగిలి ఉన్నాయి. హైడ్రోజన్ ఎలక్ట్రోడ్ (RHE).ఇంకా, ఒక సోల్-జెల్ కాపర్ ఆక్సీక్లోరైడ్ నుండి రాగిని ఎలెక్ట్రోరెడెపోజిషన్ స్థిరీకరించిన ఉపరితల Cu+ జాతులు C2H4 (61) ఎంపికను మెరుగుపరుస్తాయని మళ్లీ ధృవీకరించింది.వివిధ అనువర్తిత పొటెన్షియల్స్ క్రింద ఉన్న రాగి ఉత్ప్రేరకం యొక్క ఆక్సీకరణ స్థితి సిటు సాఫ్ట్ x-రే శోషణ స్పెక్ట్రోస్కోపీలో సమయ-పరిష్కారాన్ని ఉపయోగించి ట్రాక్ చేయబడింది.Cu2+ నుండి Cu+కి ప్రారంభ పరివర్తన దశ చాలా త్వరగా ఉంటుంది;అయినప్పటికీ, Cu+ జాతులను Cu0కి ఎలక్ట్రోకెమికల్ తగ్గించడం చాలా నెమ్మదిగా ఉంటుంది.దాదాపు 23% Cu+ జాతులు 1-గంట స్థిరంగా తగ్గిన తర్వాత కూడా −1.2 V వర్సెస్ RHE (Fig. 4B).యాంత్రిక అధ్యయనాలు Cu+ మరియు Cu0 మధ్య ఇంటర్‌ఫేస్ మధ్యవర్తుల మధ్య ఎలెక్ట్రోస్టాటిక్ ఆకర్షణకు దారితీస్తుందని వెల్లడించింది, ఎందుకంటే *CO@Cu+ యొక్క C అణువు ధనాత్మకంగా ఛార్జ్ చేయబడుతుంది, అయితే *CO@Cu0 ప్రతికూలంగా ఛార్జ్ చేయబడుతుంది (80), ఇది క్రమంగా ప్రోత్సహిస్తుంది C─C బంధం ఏర్పడి తద్వారా C2+ హైడ్రోకార్బన్‌లను ఉత్పత్తి చేస్తుంది.ఆక్సైడ్-ఉత్పన్న పదార్థాలతో పాటు, *CO (81) యొక్క డైమెరైజేషన్ శక్తి అవరోధాన్ని తగ్గించడానికి (ఉప) ఉపరితల Cu+ జాతులను సాధించడానికి కాపర్ నైట్రైడ్ (Cu3N) కూడా ఉపయోగించబడింది.అదనంగా, ఆక్సైడ్-ఉత్పన్నమైన Cuతో పోలిస్తే, Cu3N-ఉత్పన్నమైన Cu+ జాతులు మరింత స్థిరంగా ఉంటాయి (Fig. 4C).ఫలితంగా, నైట్రైడ్-ఉత్పన్నమైన రాగి ఉత్ప్రేరకం C2H4 కోసం 39 ± 2% FEని ప్రదర్శిస్తుంది, ఇది స్వచ్ఛమైన Cu (~23%) మరియు ఆక్సైడ్-ఉత్పన్నమైన Cu (~28%) కంటే మెరుగైన పనితీరును కనబరుస్తుంది.పైన పేర్కొన్న Cu+/Cu ఉత్ప్రేరక వ్యవస్థకు సారూప్యంగా, బోరాన్ Cuδ+ (41)ని పరిచయం చేయడానికి మరియు స్థిరీకరించడానికి హెటెరోటామ్ డోపాంట్‌గా ఉపయోగించబడింది.బోరాన్ డోపాంట్ యొక్క గాఢతను మార్చడం ద్వారా రాగి యొక్క సగటు ఆక్సీకరణ స్థితిని +0.25 నుండి +0.78 వరకు నియంత్రించవచ్చు.రాష్ట్రాల అంచనా సాంద్రత ఎలక్ట్రాన్లు రాగి నుండి బోరాన్‌కు బదిలీ చేయబడిందని, ఇది డోపాంట్-ప్రేరిత ధనాత్మకంగా చార్జ్ చేయబడిన కాపర్ సైట్‌లకు దారితీస్తుందని చూపించింది.బోరాన్-డోప్డ్ కాపర్ *CHO ఇంటర్మీడియట్ యొక్క పెరిగిన నిర్మాణ శక్తిని చూపించింది మరియు అందువలన, C1 ఉత్పత్తుల పట్ల ప్రతిచర్య మార్గాన్ని అణిచివేసింది.అదనంగా, ఇది *CO డైమెరైజేషన్ రియాక్షన్ ఎనర్జీ (Fig. 4D)ని తగ్గించడం ద్వారా మల్టీకార్బన్ హైడ్రోకార్బన్‌ల వైపు ఎంపికను పెంచుతుంది.రాగి యొక్క సగటు ఉపరితల ఆక్సీకరణ స్థితిని ఆప్టిమైజ్ చేయడం ద్వారా, ~53% C2H4తో ~80% అధిక C2 FE +0.35 (Fig. 4E) యొక్క సగటు రాగి ఆక్సీకరణ స్థితి కింద సాధించవచ్చు.ఈ రోజు వరకు, వివిధ అధ్యయనాలలో (39, 41, 42, 81, 82) ECR కోసం రాగిపై క్రియాశీల సైట్‌లు Cu0, Cuδ+ మరియు/లేదా వాటి ఇంటర్‌ఫేస్‌గా గుర్తించబడ్డాయి.అయితే, యాక్టివ్ సైట్ ఏది అనేది ఇప్పటికీ చర్చనీయాంశమైంది.హెటెరోటామ్ డోపింగ్-ప్రేరిత Cuδ+ ఉత్ప్రేరకాలు C2+ ఉత్పత్తుల పట్ల ECR కోసం చాలా చురుకుగా ఉన్నట్లు నిరూపించబడినప్పటికీ, ఏకకాలంలో ఉత్పన్నమయ్యే లోపాలు మరియు ఇంటర్‌ఫేస్‌ల నుండి వచ్చే సినర్జిస్టిక్ ప్రభావాన్ని కూడా పరిగణించాలి.అందువల్ల, రాగి ఉపరితలంపై క్రియాశీల కేంద్రాన్ని గుర్తించడానికి మరియు ప్రతిచర్య పరిస్థితులలో క్రియాశీల సైట్‌ల యొక్క సిటు పరివర్తనలో సంభావ్యతను పర్యవేక్షించడానికి ఒపెరాండో క్యారెక్టరైజేషన్‌లలో క్రమబద్ధతను అభివృద్ధి చేయాలి.అంతేకాకుండా, ఎలక్ట్రోకెమికల్ తగ్గింపు పరిస్థితులలో ధనాత్మకంగా చార్జ్ చేయబడిన రాగి యొక్క స్థిరత్వం మరొక ఆందోళన.స్థిరమైన Cuδ+ సైట్‌లతో ఉత్ప్రేరకాలను ఎలా సంశ్లేషణ చేయాలి అనేది ఒక సవాలుగా మిగిలిపోయింది.

(A) వివిధ ప్లాస్మా-యాక్టివేటెడ్ కాపర్ ఉత్ప్రేరకాల యొక్క C2H4 ఎంపిక యొక్క సారాంశం.నేచర్ పబ్లిషింగ్ గ్రూప్ (37) నుండి అనుమతితో పునరుత్పత్తి చేయబడింది.స్కేల్ బార్లు, 500 nm.(B) Cu ఆక్సీకరణ స్థితుల నిష్పత్తి ఎలక్ట్రోరెడెపోజిటెడ్ కాపర్‌లో RHEకి వ్యతిరేకంగా −1.2 V వద్ద ప్రతిచర్య సమయానికి సంబంధించి ఉంటుంది.నేచర్ పబ్లిషింగ్ గ్రూప్ (61) నుండి అనుమతితో పునరుత్పత్తి చేయబడింది.(C) Cu-on-Cu3N లేదా Cu-on-Cu2Oలో RHEకి వ్యతిరేకంగా −0.95 V వద్ద ప్రతిచర్య సమయంతో Cu+ జాతుల నిష్పత్తి.నేచర్ పబ్లిషింగ్ గ్రూప్ (81) నుండి అనుమతితో పునరుత్పత్తి చేయబడింది.(D) బోరాన్ డోపింగ్ రాగి ఉపరితలంలో CO యొక్క సగటు శోషణ శక్తిని మార్చగలిగింది మరియు CO─CO డైమెరైజేషన్ శక్తిని తగ్గిస్తుంది.1[B], 2[B], 3[B], 4[B], మరియు 8[B] రాగి ఉత్ప్రేరకాలలో ఉపరితల బోరాన్ డోపింగ్ యొక్క ఏకాగ్రతను సూచిస్తాయి, అవి 1/16, 1/8, 3/ వరుసగా 16, 1/4 మరియు 1/2.(E) బోరాన్-డోప్డ్ కాపర్ ఉత్ప్రేరకాలలో C2 లేదా C1 ఉత్పత్తుల యొక్క ఆక్సీకరణ స్థితి మరియు FE మధ్య సంబంధం.(D) మరియు (E) నేచర్ పబ్లిషింగ్ గ్రూప్ (41) నుండి అనుమతితో పునరుత్పత్తి చేయబడ్డాయి.(F) ECRకి ముందు (పైన) మరియు తర్వాత (దిగువ) Cu2O ఫిల్మ్‌ల యొక్క విభిన్న మందంతో రాగి రేకుల SEM చిత్రాలు.అమెరికన్ కెమికల్ సొసైటీ అనుమతితో పునరుత్పత్తి చేయబడింది (83).

ఎలక్ట్రానిక్ నిర్మాణం కాకుండా, ఆక్సైడ్-ఉత్పన్న పదార్థాలు కూడా ఇన్ సిటు తగ్గింపు ప్రక్రియలో పదనిర్మాణం లేదా నిర్మాణ పరిణామానికి దారితీయవచ్చు.పదనిర్మాణం లేదా నిర్మాణం యొక్క దృక్కోణం నుండి, ఆక్సైడ్-ఉత్పన్నమైన ఎలక్ట్రోక్యాటలిస్ట్‌ల యొక్క మెరుగైన ఎలెక్ట్రోకెమికల్ పనితీరు క్రియాశీల ధాన్యం సరిహద్దులు, అంచులు మరియు దశలు (83-85) ఏర్పడటానికి కారణమని చెప్పబడింది.Yeo మరియు సహోద్యోగులు (83) వివిధ మందంతో (Fig. 4F) ఎలక్ట్రోడెపోజిటెడ్ Cu2O ఫిల్మ్‌లపై ఎంపిక చేసిన C─C కప్లింగ్‌ను నివేదించారు.ECR (83) సమయంలో Cu2O ఫిల్మ్‌ల ఉపరితలం స్థిరమైన మెటాలిక్ Cu0కి తగ్గించబడిందని సిటు రామన్ స్పెక్ట్రోస్కోపీ వెల్లడించింది.ఫలితంగా, Cu+ జాతులు లేదా Cu+/Cu0 ఇంటర్‌ఫేస్‌కు బదులుగా మెటాలిక్ Cu0 ఉత్ప్రేరక క్రియాశీల కేంద్రంగా నిర్ధారించబడింది.Cu2Oను మెటాలిక్ Cu0కి తగ్గించే ప్రక్రియలో, ఉత్ప్రేరకం ఉపరితలం సిటు రూపంలో దశలు, అంచులు మరియు టెర్రస్‌లలో ఉండే అవకాశం ఉంది.ఏర్పడిన దశలు మరియు అంచులు టెర్రస్‌ల కంటే మరింత చురుగ్గా ఉంటాయని, *COతో వాటి బలమైన బంధం నుండి ఉద్భవించాయని, ఇది *CO నుండి *CHO లేదా *CH2O వరకు హైడ్రోజనేట్ చేయగలదని సూచించబడింది.అంతేకాకుండా, అంచు Cu అణువులు *CHO మరియు *CH2O నిర్మాణాన్ని పెంచడానికి ఒక ప్రమోటర్.గతిశాస్త్రంలో *CO కంటే *CHO మరియు *CH2O ఇంటర్మీడియట్‌లు C─C కప్లింగ్‌కు అనుకూలంగా ఉన్నాయని మునుపటి పని సూచించింది (86).ఉపరితల స్వరూపాన్ని నియంత్రించడం ద్వారా, *CHO మరియు *CH2O మధ్యవర్తుల కెమిసోర్ప్షన్ శక్తులను ఆప్టిమైజ్ చేయవచ్చు.ఈ అధ్యయనంలో, Cu2O సన్నని ఫిల్మ్ యొక్క మందాన్ని 0.9 నుండి 8.8 μmకి పెంచినప్పుడు C2H4 యొక్క FE 40 నుండి 22%కి తగ్గిందని రచయితలు కనుగొన్నారు.ఇది Cu2O మందం పెరుగుదలతో పెరిగిన తక్కువ సమన్వయ Cu గాఢత కారణంగా ఉంది.ఈ అండర్‌కోఆర్డినేటెడ్ పరమాణువులు H తో బలంగా బంధించగలవు మరియు అందువల్ల, C─C కలపడం కంటే హైడ్రోజన్ పరిణామానికి ఎక్కువ ప్రాధాన్యత ఇవ్వబడుతుంది.ఆక్సైడ్-ఉత్పన్నమైన రాగి ఉత్ప్రేరకం ఛార్జ్ చేయబడిన Cuδ+ జాతులను పరిచయం చేయడానికి బదులుగా ఉపరితల పదనిర్మాణ పునర్నిర్మాణం ద్వారా C2H4 ఎంపికను గణనీయంగా పెంచుతుందని ఈ పని నిరూపించింది.ఆక్సైడ్-ఉత్పన్న ఉత్ప్రేరకాలు ఉపయోగించి, ఎలక్ట్రోలైట్ (34)లో పల్లాడియం(II) క్లోరైడ్ (PdCl2) సంకలితం సహాయంతో ఈథేన్ (C2H6) కూడా ఎంపిక చేయబడి ఉత్పత్తి చేయబడింది.Cu2O-ఉత్పన్నమైన Cu ఉపరితలంపై శోషించబడిన PdClx C2H6 పరిణామానికి కీలక పాత్ర పోషించిందని ఇది చూపించింది.ప్రత్యేకించి, Cu2O-ఉత్పన్న క్రియాశీల Cu సైట్‌లలో CO2 మొదట C2H4కి తగ్గించబడింది, ఆపై ఏర్పడిన C2H4 C2H6ను ఉత్పత్తి చేయడానికి యాడ్సోర్బ్డ్ PdClx సహాయంతో హైడ్రోజనేటెడ్ చేయబడుతుంది.PdCl2 సహాయంతో C2H6 యొక్క FE <1 నుండి 30.1%కి పెరిగింది.బాగా నిర్వచించబడిన ECR ఉత్ప్రేరకం మరియు ఎలక్ట్రోలైట్ సంకలితం కలయిక నిర్దిష్ట C2+ ఉత్పత్తి ఉత్పత్తికి కొత్త అవకాశాలను తెరుస్తుందని ఈ పని సూచిస్తుంది.

పదనిర్మాణం మరియు/లేదా నిర్మాణ నియంత్రణ అనేది ఉత్ప్రేరక ఎంపిక మరియు కార్యాచరణను మాడ్యులేట్ చేయడానికి మరొక ప్రత్యామ్నాయ వ్యూహాన్ని సూచిస్తుంది.ECR పనితీరు మెరుగుదల కోసం ఉత్ప్రేరకం యొక్క పరిమాణం, ఆకారం మరియు బహిర్గత కోణాలను నియంత్రించడం విస్తృతంగా ప్రదర్శించబడింది (58, 87, 88).ఉదాహరణకు, Cu(100) ముఖభాగం C2H4 ఉత్పత్తికి అంతర్గతంగా ప్రాధాన్యతనిస్తుంది, అయితే Cu(111) ఉత్ప్రేరకం నుండి ఆధిపత్య ఉత్పత్తి మీథేన్ (CH4) (87).వివిధ ఆకారాలు మరియు పరిమాణాలతో Cu నానోక్రిస్టల్స్‌పై జరిపిన ఒక అధ్యయనంలో, బ్యూన్‌శాంటి మరియు సహోద్యోగులు (58) క్యూబ్-ఆకారపు రాగి నానోక్రిస్టల్స్‌లో C2H4 సెలెక్టివిటీ యొక్క నాన్‌మోనోటోనిక్ సైజ్ డిపెండెన్స్‌ను వెల్లడించారు (Fig. 5A).అంతర్గతంగా, క్యూబిక్ Cu నానోక్రిస్టల్స్ గోళాకార Cu నానోక్రిస్టల్స్ కంటే ఎక్కువ C2H4 యాక్టివిటీని మరియు సెలెక్టివిటీని (100) ఫాసెట్ యొక్క ప్రాబల్యం కారణంగా ప్రదర్శించాయి.క్యూబిక్ Cu యొక్క చిన్న క్రిస్టల్ పరిమాణం మూలలు, దశలు మరియు కింక్స్ వంటి తక్కువ-సమన్వయ ఉపరితల సైట్‌ల యొక్క పెరిగిన సాంద్రత కారణంగా అధిక కార్యాచరణను అందించగలదు.అయినప్పటికీ, తక్కువ-సమన్వయ సైట్‌ల యొక్క బలమైన కెమిసోర్ప్షన్ అధిక H2 మరియు CO సెలెక్టివిటీతో కూడి ఉంటుంది, ఫలితంగా మొత్తం హైడ్రోకార్బన్ FE తక్కువగా ఉంటుంది.మరోవైపు, కణ పరిమాణాల పెరుగుదలతో ప్లేన్ సైట్‌లకు అంచు సైట్‌ల నిష్పత్తి తగ్గింది, ఇది C2H4 ఉత్పత్తి పనితీరును కూడా ప్రభావితం చేస్తుంది.కణ పరిమాణం మరియు అంచు సైట్‌ల సాంద్రత మధ్య ఆప్టిమైజ్ చేయబడిన బ్యాలెన్స్ కారణంగా 44-nm అంచు పొడవుతో ఇంటర్మీడియట్-సైజ్ కాపర్ నానోక్యూబ్‌లు అత్యధిక C2H4 ఎంపికను ప్రదర్శిస్తాయని రచయితలు ప్రదర్శించారు.ఇంకా, పదనిర్మాణం ECR సమయంలో స్థానిక pH మరియు సామూహిక రవాణాను కూడా ప్రభావితం చేస్తుంది.ఉత్ప్రేరకం ఉపరితలం సమీపంలోని అధిక స్థానిక pH, ఇది ఇన్ సిటు ఉత్పత్తి చేయబడిన OH− వల్ల ఏర్పడుతుంది, ఇది ప్రోటాన్ ప్రమేయం ఉన్న ప్రతిచర్య మార్గాన్ని అణిచివేస్తుందని నిరూపించబడింది.ఫలితంగా, *CO డైమెరైజేషన్ ద్వారా C2+ హైడ్రోకార్బన్ ఏర్పడటం మెరుగుపరచబడుతుంది మరియు *COH ఇంటర్మీడియట్ ద్వారా ఏర్పడిన CH4 నిరోధించబడవచ్చు.పెరిగిన స్థానిక pH (68) సాధించడానికి రాగి నానోవైర్ శ్రేణులు (Fig. 5B) ప్రదర్శించబడ్డాయి.సాధారణంగా ఉపయోగించే ఎలక్ట్రోలైట్‌గా, CO2 సంతృప్త పొటాషియం బైకార్బోనేట్ (KHCO3) ద్రావణం స్థానిక OH− (HCO3− + OH− = CO32− + H2O)ని త్వరగా తటస్థీకరిస్తుంది మరియు స్థానిక pHని తగ్గిస్తుంది.ఒక పొడుగు మైక్రోస్ట్రక్చర్‌తో, Cu నానోవైర్ శ్రేణులలోకి HCO3− యొక్క వ్యాప్తిని ఏదోవిధంగా బలహీనపరచవచ్చు, తద్వారా స్థానిక OH− కోసం తటస్థీకరణ ప్రభావం కొంతవరకు అణచివేయబడుతుంది.ఇదే సూత్రం ఆధారంగా, ఖచ్చితంగా నియంత్రించబడిన మెసోపోర్‌లతో కూడిన రాగి మెష్‌లు (Fig. 5C) C2H4 లేదా C2H6 ఉత్పత్తికి (32) మెరుగైన FEని ప్రదర్శించాయి.రంధ్రపు వెడల్పును తగ్గించడం ద్వారా ఎలక్ట్రోడ్ ఉపరితలంలో స్థానిక pHని పెంచవచ్చని ఇది చూపించింది, ఫలితంగా C1 ఉత్పత్తి FE తగ్గుతుంది మరియు C2 ఉత్పత్తి FE మెరుగుపడింది.అంతేకాకుండా, రంధ్రాల లోతును పెంచడం ద్వారా, ప్రధాన తగ్గింపు ఉత్పత్తిని C2H4 నుండి C2H6కి ట్యూన్ చేయవచ్చు.C2H6 యొక్క FE 46% ఎక్కువగా ఉంది.ECR సమయంలో రసాయనాలు రంధ్రాల లోపల పరిమితం చేయబడినందున, లోతైన రంధ్రాల వల్ల ఏర్పడే కీలక మధ్యవర్తుల సుదీర్ఘ నిలుపుదల సమయం సంతృప్త C2 హైడ్రోకార్బన్ వైపు అధిక ఎంపికకు ప్రధాన కారణంగా వివరించబడింది.CuI-ఉత్పన్నమైన Cu నానోఫైబర్‌లు కూడా C2H6 (FE = 30% వద్ద −0.735 V వర్సెస్ RHE) (89) వైపు అధిక ఎంపికను చూపించాయి.CuI-ఉత్పన్నమైన Cu నానోఫైబర్‌ల యొక్క అనిసోట్రోపిక్ పదనిర్మాణం మరియు అధిక ఉపరితల కరుకుదనం గ్రహించిన H2 యొక్క ట్రాపింగ్ సామర్థ్యాన్ని మెరుగుపరుస్తాయి మరియు తద్వారా C2H6 యొక్క FEని పెంచుతుంది.

(A నుండి C) పదనిర్మాణం లేదా నిర్మాణ ప్రభావాలు.(A) పరమాణువుల సాంద్రత (ఎడమ అక్షం) మరియు అంచు పొడవు (d)కి సంబంధించి (100) విమానం (N100) (కుడి అక్షం)లోని పరమాణువులకు ఎడ్జ్ సైట్‌లలో (నెడ్జ్) అణువుల నిష్పత్తి.జాన్ విలీ అండ్ సన్స్ (58) అనుమతితో పునరుత్పత్తి చేయబడింది.(బి) పదనిర్మాణ శాస్త్రం pH మారడానికి కారణమైంది.జాన్ విలీ అండ్ సన్స్ (68) అనుమతితో పునరుత్పత్తి చేయబడింది.(సి) వివిధ రంధ్రాల పరిమాణాలు మరియు లోతులతో మెసోపోర్ రాగి యొక్క ఉత్పత్తి ఎంపిక.జాన్ విలీ అండ్ సన్స్ (32) అనుమతితో పునరుత్పత్తి చేయబడింది.(D నుండి H) లిగాండ్ ప్రభావాలు.(D మరియు E) −1.9 V వద్ద వివిధ రకాల అమైనో ఆమ్లాలు (D) లేదా మాడిఫైయర్‌లతో (E) కాపర్ నానోవైర్ (Cu NW)పై ECR. రాయల్ సొసైటీ ఆఫ్ కెమిస్ట్రీ అనుమతితో పునరుత్పత్తి చేయబడింది (35).(F) Cu(35)పై విభిన్న శోషణ పొటెన్షియల్‌లతో విభిన్న హాలైడ్ ఎలక్ట్రోలైట్‌లలో C2H4 ఉత్పత్తి రేట్లు.అమెరికన్ కెమికల్ సొసైటీ అనుమతితో పునరుత్పత్తి చేయబడింది (91).NHE, సాధారణ హైడ్రోజన్ ఎలక్ట్రోడ్.(G) KOH ఎలక్ట్రోలైట్‌ల యొక్క వివిధ సాంద్రతలలో C2H4 మరియు CO యొక్క FE మరియు (H) KOH ఎలక్ట్రోలైట్‌ల యొక్క వివిధ సాంద్రతలలో C2H4 యొక్క టాఫెల్ వాలు.(G) మరియు (H) అమెరికన్ అసోసియేషన్ ఫర్ ది అడ్వాన్స్‌మెంట్ ఆఫ్ సైన్స్ (AAAS) (33) నుండి పునరుత్పత్తి చేయబడ్డాయి.

ECR యొక్క ఎలక్ట్రోకెమికల్ పనితీరును మెరుగుపరచడానికి చిన్న అణువులను ఉపయోగించి ఉత్ప్రేరకం ఉపరితల సవరణ మరొక ప్రసిద్ధ వ్యూహం.ఈ వ్యూహం ఉత్ప్రేరకం ఉపరితలం సమీపంలోని సూక్ష్మ పర్యావరణాన్ని ప్రభావితం చేస్తుంది, ఇది ఉపరితల లిగాండ్ మరియు ఇంటర్మీడియట్ మధ్య పరస్పర చర్య కారణంగా కీలక మధ్యవర్తులను స్థిరీకరించవచ్చు.ECR (35)ని ప్రమోట్ చేయడానికి అమీన్ మాడిఫైయర్‌గా నివేదించబడింది.గ్లైసిన్ (గ్లై), డిఎల్-అలనైన్ (అలా), డిఎల్-లూసిన్ (ల్యూ), డిఎల్-ట్రిప్టోఫాన్ (టైర్), డిఎల్-అర్జినైన్ (ఆర్జి), మరియు డిఎల్-ట్రిప్టోఫాన్ (టిఆర్‌పి)తో సహా వివిధ అమైనో ఆమ్లాలు పరిశోధించబడ్డాయి. రాగి నానోవైర్లపై వాటి ప్రభావాలను అధ్యయనం చేయండి (35).అంజీర్ 5Dలో చూపినట్లుగా, అన్ని అమైనో ఆమ్లం-ఆధారిత లిగాండ్‌లు C2+ హైడ్రోకార్బన్‌ల ఎంపికను మెరుగుపరచగలవు.అమైనో ఆమ్లంలోని ─COOH మరియు ─NH2 ఫంక్షనల్ గ్రూపులు బహుశా ECR యొక్క మెరుగైన ఎంపికకు కారణమవుతాయని అటువంటి మెరుగుదల సూచిస్తుంది.Cu ఉపరితలంపై అమైనో ఆమ్లాల శోషణం ─COOH మరియు ─NH2 సమూహాలు (35, 90) రెండింటి ద్వారా సాధించబడిందని మునుపటి నివేదికలు వివరించాయి.─COOH సమూహాన్ని మాత్రమే కలిగి ఉన్న స్టెరిక్ యాసిడ్ (C17H35COOH, RCO2H), ─COOH పాత్రను గుర్తించడానికి ఎంపిక చేయబడింది.─COOH లేదా ─NH2 సమూహాలు లేని a-anthraquinone diazonium సాల్ట్ (AQ), o-nitrobenzene diazonium ఉప్పు (PhNO2), మరియు dodecyl mercaptan (C12H25SH, RSH) వంటి ఇతర మాడిఫైయర్‌లు కూడా పరిశోధించబడ్డాయి.అయినప్పటికీ, అవన్నీ C2+ హైడ్రోకార్బన్ FE మెరుగుదలకు సానుకూలంగా లేవు (Fig. 5E).శోషించబడిన zwitterionic గ్లైసిన్‌లోని ─NH3+ సమూహాలు హైడ్రోజన్ బంధాల వంటి వాటి బలమైన పరస్పర చర్య కారణంగా *CHO ఇంటర్మీడియట్‌ను స్థిరీకరించగలవని సైద్ధాంతిక లెక్కలు సూచించాయి.ఎలక్ట్రోలైట్‌లోకి హాలైడ్ అయాన్‌లను ప్రవేశపెట్టడం అనేది ఉత్ప్రేరకాలు (91, 92) సవరించడానికి మరొక మార్గం.Fig. 5Fలో చూపినట్లుగా, ప్లాస్మా-యాక్టివేటెడ్ Cuపై C2H4 ఉత్పత్తి రేటును హాలైడ్ సంకలనాల సహాయంతో గణనీయంగా పెంచవచ్చు.Cu(100) ఫేసెట్ (91)పై I−, Br− మరియు Cl− యొక్క సంబంధిత శోషణ శక్తితో ఒప్పందంలో, Br− మరియు Cl− కంటే I− అయాన్ మరింత చురుకుగా ఉన్నట్లు చూపబడింది.హాలైడ్‌లతో పాటు, హైడ్రాక్సైడ్ అయాన్ కూడా C2H4 ఎంపికపై సానుకూల ప్రభావాన్ని చూపింది.ఇటీవల, సార్జెంట్ మరియు సహోద్యోగులు (33) ఫ్లో సెల్‌లో గాఢమైన పొటాషియం హైడ్రాక్సైడ్ (KOH) ఎలక్ట్రోలైట్ (10 M వరకు) ఉపయోగించి ~70% FEతో CO2-టు-C2H4 మార్పిడిని నివేదించారు.అంజీర్ 5Gలో చూపినట్లుగా, 10 M KOH ఎలక్ట్రోలైట్‌లో CO మరియు C2H4 యొక్క ప్రారంభ సంభావ్యత 1 M KOHతో పోలిస్తే చాలా తక్కువగా ఉంది.ఇంకా, హైడ్రాక్సైడ్ గాఢత (1 M KOHలో 135 mV దశాబ్దం−1 మరియు 10 M KOHలో 65 mV దశాబ్దం−1) పెరుగుదలతో C2H4 నిర్మాణం యొక్క టాఫెల్ వాలులు (Fig. 5H) తగ్గాయి, ఇది మొత్తం రేటు యొక్క పరివర్తనను సూచిస్తుంది- నిర్ణయించే దశ.సాంద్రత ఫంక్షనల్ థియరీ (DFT) ఫలితాలు సాంద్రీకృత హైడ్రాక్సైడ్ల ఉనికి CO ఇంటర్మీడియట్ యొక్క బైండింగ్ శక్తిని తగ్గించగలదని మరియు శోషించబడిన OCCO ఇంటర్మీడియట్‌లలో రెండు కార్బన్ అణువుల మధ్య ఛార్జ్ అసమతుల్యతను పెంచుతుందని నిరూపించాయి.ఫలితంగా, OCCO ఇంటర్మీడియట్ బలమైన ద్విధ్రువ ఆకర్షణ ద్వారా మరింత స్థిరీకరించబడుతుంది, ఇది CO డైమెరైజేషన్ కోసం తక్కువ క్రియాశీలత శక్తి అవరోధానికి దారితీస్తుంది, ఇది మొత్తం పనితీరును మెరుగుపరుస్తుంది.

ఇథనాల్ (CH3CH2OH) వంటి C2+ ఆక్సిజనేట్‌లు అత్యంత విలువైన ECR ఉత్పత్తుల యొక్క మరొక ప్రధాన వర్గం.ఇథనాల్ యొక్క పారిశ్రామిక సంశ్లేషణ అనేది శక్తి-ఇంటెన్సివ్ ప్రక్రియ, ఇది పెద్ద మొత్తంలో ఇథిలీన్ లేదా వ్యవసాయ ఫీడ్‌స్టాక్‌లను కూడా వినియోగిస్తుంది (40).అందువలన, CO2 నుండి ఇథనాల్ లేదా ఇతర C2+ ఆక్సిజనేట్‌ల విద్యుద్విశ్లేషణ ఉత్పత్తి చాలా ఆర్థిక మరియు పర్యావరణ భావాన్ని కలిగిస్తుంది.ECR నుండి ఇథనాల్ ఉత్పత్తి *C2H3O (43) అయిన C2H4తో చివరి ఇంటర్మీడియట్‌ను పంచుకున్నందున, ఈ ఇంటర్మీడియట్ యొక్క ఎంపిక హైడ్రోజనేషన్ ECR మార్గాలను C2H4 నుండి ఆల్కహాల్‌లకు మార్చగలదు (64).అయినప్పటికీ, చాలా సిస్టమ్‌లలో, C2+ ఆక్సిజనేట్‌ల వైపు ఎంపిక హైడ్రోకార్బన్‌ల కంటే చాలా తక్కువగా ఉంటుంది (31, 37, 39, 41, 42, 67).అందువల్ల, ఈ విభాగంలో, మేము 25% కంటే ఎక్కువ ఆకట్టుకునే C2+ ఆక్సిజనేట్ FEని సాధించగల ఎలక్ట్రోక్యాటలిస్ట్ డిజైన్ వ్యూహాలను హైలైట్ చేస్తాము.

పైన చర్చించినట్లుగా, చక్కగా రూపొందించబడిన ద్విలోహ ఉత్ప్రేరకాలు C2+ హైడ్రోకార్బన్ ఉత్పత్తికి ఎంపిక మరియు కార్యాచరణను మెరుగుపరుస్తాయి.C2+ ఆక్సిజనేట్‌ల (38, 93, 94) కోసం ఎలక్ట్రోక్యాటలిటిక్ పనితీరును మెరుగుపరచడానికి సారూప్యమైన కానీ ఒకేలా లేని వ్యూహం కూడా ఉపయోగించబడింది.ఉదాహరణకు, Ag-incorporated Cu-Cu2O ఉత్ప్రేరకాలు ట్యూనబుల్ ఇథనాల్ ఎంపికను ప్రదర్శించాయి మరియు అత్యధిక ఇథనాల్ FE 34.15% (95).దశ-మిశ్రమమైన Ag-Cu మిశ్రమంలోని బైఫాసిక్ సరిహద్దు, Ag/Cu పరమాణు నిష్పత్తికి బదులుగా, ఇథనాల్ ఎంపిక చేసిన ఉత్పత్తికి కీలకమైన అంశంగా గుర్తించబడింది.దశ-మిశ్రమ నమూనా (Ag-Cu2OPB)లో Cu సైట్ Ag సైట్‌కు చాలా దగ్గరగా ఉన్నందున, దశ-మిశ్రమ నమూనా కోసం ఇథనాల్ మధ్యవర్తుల నిర్మాణ రేటును దశ-వేరు చేయబడిన ఒకటి (Ag-Cu2OPS)తో పోల్చి ప్రచారం చేయవచ్చు. ), మెరుగైన ఇథనాల్ ఉత్పత్తి పనితీరుకు దారితీసింది.ఇథనాల్‌తో పాటు, Cu-Ag బైమెటాలిక్ NPలు కూడా బెంజోట్రియాజోల్ (93) చేరికతో CO2ను అసిటేట్‌గా మార్చడానికి ప్రదర్శించబడ్డాయి.−1.33 V వర్సెస్ RHE వద్ద, అసిటేట్ యొక్క FE 21.2%.ఈ సందర్భంలో రెండు సాధ్యమైన ప్రతిచర్య మార్గాలు ప్రతిపాదించబడ్డాయి: ఒకటి CO డైమెరైజేషన్‌పై ఆధారపడి ఉంటుంది మరియు మరొకటి CO చొప్పించడంపై ఆధారపడి ఉంటుంది, క్రియాశీల Ag సైట్‌లలో CO ఇంటర్మీడియట్ నిర్మాణం యొక్క కీలక పాత్రను హైలైట్ చేస్తుంది.ఇథనాల్ ఉత్పత్తి (38) కోసం Cu-Zn ఉత్ప్రేరకాలు (Fig. 6, A మరియు B)లో ఇదే విధమైన పరిశీలన నివేదించబడింది.Zn-Cu మిశ్రిత ఉత్ప్రేరకాలలో Zn యొక్క కంటెంట్‌ను ట్యూన్ చేయడం ద్వారా, ఇథనాల్ వర్సెస్ C2H4 FE నిష్పత్తిని 0.48 నుండి 6 వరకు బాగా నియంత్రించవచ్చు, ఇది C2+ ఆక్సిజనేట్ ఏర్పడటానికి CO-అభివృద్ధి చెందుతున్న సైట్‌ల యొక్క ప్రాముఖ్యతను సూచిస్తుంది.మిశ్రిత ఉత్ప్రేరకాలు ఏర్పడటం మాతృక పదార్థంపై ఒత్తిడి ప్రభావాన్ని ప్రేరేపిస్తుంది, ఇది కొన్నిసార్లు కోరుకోకపోవచ్చు.అందువల్ల, ద్విలోహ ఉత్ప్రేరకాల వైపు ప్రత్యక్ష మార్గం కొన్ని లక్ష్య ఉత్పత్తులకు మరింత అనుకూలంగా ఉండవచ్చు.జరామిల్లో మరియు సహోద్యోగులు (96) టెన్డం ఉత్ప్రేరక ప్రభావాన్ని పరిశోధించడానికి, ఒక పాలీక్రిస్టలైన్ Cu రేకుపై బంగారు NPలను నేరుగా నిక్షేపించడం ద్వారా సరళీకృత Au-Cu బైమెటాలిక్ వ్యవస్థను నిర్మించారు.ద్విలోహ Au-Cu C2+ ఆల్కహాల్‌ల పట్ల సినర్జిస్టిక్ ఎంపిక మరియు కార్యాచరణను ప్రదర్శించింది, స్వచ్ఛమైన రాగి మరియు బంగారం మరియు Au-Cu మిశ్రమాన్ని అధిగమించింది.Cu రేకుతో పోలిస్తే, బైమెటాలిక్ Au-Cu వ్యవస్థ CO ఉత్పత్తికి క్రియాశీలంగా ఉండే Au NPల (Fig. 6C) కారణంగా స్థానిక CO ఏకాగ్రతను పెంచింది.CO తగ్గింపు కోసం బంగారం సక్రియంగా లేనందున, Au-Cu బైమెటాలిక్ ఉత్ప్రేరకాలపై మెరుగుపరచబడిన C2+ ఆల్కహాల్ ఉత్పత్తి రేటు టెన్డం ఉత్ప్రేరక యంత్రాంగానికి ఆపాదించబడింది.ప్రత్యేకించి, బంగారు NPలు Cu ఉపరితలం దగ్గర అధిక స్థానిక CO సాంద్రతను ఉత్పత్తి చేయగలవు.తరువాత, సమృద్ధిగా ఉన్న స్థానిక CO అణువులను Cu ద్వారా C2+ ఆల్కహాల్‌లకు మరింత తగ్గించవచ్చు.

(A నుండి C) మిశ్రమం ప్రభావాలు.(A) ఇథనాల్ మరియు C2H4 యొక్క గరిష్ట FE మరియు వివిధ Cu-Zn మిశ్రమాలపై ఇథనాల్ మరియు ఇథిలీన్ యొక్క FE నిష్పత్తి.(B) వివిధ Cu-Zn మిశ్రమాలపై ఇథనాల్ యొక్క పాక్షిక ప్రస్తుత సాంద్రత.(A) మరియు (B) అమెరికన్ కెమికల్ సొసైటీ (38) నుండి అనుమతితో పునరుత్పత్తి చేయబడ్డాయి.(C) బంగారం, రాగి మరియు Au-Cu ద్విలోహ వ్యవస్థపై CO2 తగ్గింపు మరియు CO పరిణామ రేట్లు.నేచర్ పబ్లిషింగ్ గ్రూప్ (96) నుండి అనుమతితో పునరుత్పత్తి చేయబడింది.(D నుండి L) పదనిర్మాణం లేదా నిర్మాణ ప్రభావాలు.(D) మెటల్ అయాన్ సైక్లింగ్ పద్ధతి యొక్క స్కీమాటిక్ ఇలస్ట్రేషన్.(E మరియు F) ECR పరిస్థితులలో ముందస్తు తగ్గింపుకు ముందు (E) మరియు తర్వాత (F) 100-సైకిల్ Cu యొక్క SEM చిత్రాలు.(G) TEM మరియు ఎంచుకున్న-ఏరియా ఎలక్ట్రాన్ డిఫ్రాక్షన్ Cu(100), Cu(111) మరియు Cu(211) కోణాలపై *OCCO మరియు *OCCO ఏర్పడటానికి Cu(100) మరియు (H) ఉచిత శక్తిని బహిర్గతం చేయాలని సూచించింది.(D) నుండి (G) వరకు నేచర్ పబ్లిషింగ్ గ్రూప్ (42) అనుమతితో పునరుత్పత్తి చేయబడతాయి.(I) Cu(111), Cu(751), మరియు Cu(100)పై పొటెన్షియల్ ఫంక్షన్‌గా ఆక్సిజన్‌లు మరియు హైడ్రోకార్బన్‌ల నిష్పత్తి.(J) Cu(111), Cu(100), మరియు Cu(751) కోసం సమన్వయ సంఖ్యలు.(I) మరియు (J) నేషనల్ అకాడమీ ఆఫ్ సైన్సెస్ (97) నుండి అనుమతితో పునరుత్పత్తి చేయబడ్డాయి.(K) Cu NPల నుండి క్యూబిక్ లాంటి రాగికి పరివర్తన ప్రక్రియ యొక్క పథకం.నేషనల్ అకాడమీ ఆఫ్ సైన్సెస్ అనుమతితో పునరుత్పత్తి చేయబడింది (98).(L) ECRకి ముందు మరియు తరువాత నానోడెండ్రిటిక్ రాగి యొక్క SEM చిత్రాలు.అమెరికన్ కెమికల్ సొసైటీ అనుమతితో పునరుత్పత్తి చేయబడింది (99).

ఎలక్ట్రోక్యాటలిస్ట్‌ల కోసం క్రిస్టల్ కోణాలను ఎంపిక చేసుకోవడం అనేది నిర్దిష్ట ECR ఉత్పత్తుల పట్ల మెరుగైన FEని సాధించడానికి మరియు ప్రాథమిక అవగాహన కోసం ఒక ముఖ్యమైన మార్గంగా ప్రభావవంతమైన మరియు సరళమైన విధానంగా ప్రదర్శించబడింది.సింగిల్-క్రిస్టల్ ఉత్ప్రేరకాల యొక్క సరళమైన కానీ స్కేలబుల్ సంశ్లేషణ సవాలుగా ఉంది.బ్యాటరీల కోసం గాల్వనోస్టాటిక్ ఛార్జింగ్-డిశ్చార్జింగ్ (GCD) విధానం ద్వారా ప్రేరణ పొంది, Cu ఉత్ప్రేరకం (42) యొక్క క్రిస్టల్ ముఖభాగాన్ని ఎంపిక చేయడానికి మా బృందం మెటల్ అయాన్ సైక్లింగ్ పద్ధతిని (Fig. 6D) అభివృద్ధి చేసింది.100 GCD చక్రాల తర్వాత, బహిర్గతమైన (100) కోణాలతో Cu రేకుపై దట్టమైన Cu నానోక్యూబ్ శ్రేణి ఏర్పడింది (Fig. 6, E నుండి G వరకు).100-సైకిల్ ఉత్ప్రేరకం మొత్తం C2+ ఆల్కహాల్ FE 30% కంటే ఎక్కువ మరియు సంబంధిత C2+ ఆల్కహాల్ కరెంట్ సాంద్రత 20 mA cm−2 కంటే ఎక్కువ.అయితే, 10-సైకిల్ Cu (100) ఫేసెట్ యొక్క తక్కువ నిష్పత్తితో ~10% C2+ ఆల్కహాల్ FEని మాత్రమే అందించింది.DFT అనుకరణ అంజీర్ 6Hలో చూపిన విధంగా Cu(111)పై C─C కలపడం కోసం Cu(100) మరియు స్టెప్డ్ (211) కోణాలు మరింత అనుకూలంగా ఉన్నాయని నిర్ధారించింది.C2+ ఆక్సిజనేట్ ఉత్పత్తి (Fig. 6I) (97) వైపు క్రియాశీల-సైట్ మూలాంశాలను గుర్తించడానికి ఒక మోడల్ ఉత్ప్రేరకం, వివిధ బహిర్గత కోణాలతో కూడిన ఎపిటాక్సియల్ Cu ఫిల్మ్ ఉపయోగించబడింది.తక్కువ పొరుగువారు ఉన్న ఉపరితలంపై CO* డైమర్ H* పరమాణువుల ప్రక్కనే ఉండే అవకాశం గణాంకపరంగా తక్కువగా ఉన్నందున, తక్కువ-సమన్వయ Cu సైట్‌లు హైడ్రోకార్బన్‌ల ఏర్పాటును అణిచివేస్తాయి మరియు మెరుగైన C2+ ఆక్సిజనేట్ FEకి దారితీస్తాయి ఎందుకంటే హైడ్రోజనేట్ చేయడం చాలా కష్టం. దాని ఉపరితలంపై C─C కపుల్డ్ ECR మధ్యవర్తులు (97).ఎపిటాక్సియల్ Cu ఫిల్మ్ స్టడీలో, Cu(751) ఫేసెట్‌లోని ECR మెరుగైన ఆక్సిజనేట్/హైడ్రోకార్బన్ నిష్పత్తిని చూపించిందని రచయితలు ధృవీకరించారు.ఈ మెరుగుదల వివిధ Cu కోణాల ఉపరితల Cu పరమాణు జ్యామితికి ఆపాదించబడుతుంది మరియు సంబంధిత తక్కువ సగటు సమన్వయ సంఖ్య (Fig. 6J), ఇక్కడ Cu అణువు వరుసగా రెండు, నాలుగు మరియు ఆరు సమీప పొరుగువారితో Cu(751)తో సమన్వయం చేయబడింది. Cu(100), మరియు Cu(111) కోణాలు.సిటు పదనిర్మాణ శాస్త్రంలో C2+ ఆక్సిజనేట్ FEని మెరుగుపరచడానికి పునర్నిర్మాణం కూడా ఉపయోగించబడింది.యాంగ్ మరియు సహోద్యోగులు (98)చే క్రియాశీల క్యూబ్-వంటి Cu ఉత్ప్రేరకం అభివృద్ధి చేయబడింది, ఇది మెరుగైన C─C కప్లింగ్ పనితీరును చూపించింది.వివరంగా చెప్పాలంటే, వివిధ లోడింగ్‌లతో కూడిన మోనోడిస్పర్స్ Cu NPలు (6.7 nm) ECR కోసం ఉత్ప్రేరకంగా కార్బన్ పేపర్ సపోర్ట్‌లో జమ చేయబడ్డాయి.సహజంగానే, Cu NP లోడింగ్ పెరుగుదలతో C2+ ఆక్సిజనేట్ల యొక్క పెరిగిన FE గమనించబడింది.అధిక లోడింగ్ పరిస్థితులలో దట్టంగా ప్యాక్ చేయబడిన Cu NPలు ECR సమయంలో సిటు పదనిర్మాణ పరివర్తనలో ఉన్నాయని చూపబడింది, దీనిలో క్యూబ్-వంటి స్వరూపాలు చివరిగా ఏర్పడ్డాయి (Fig. 6K).కొత్తగా ఏర్పడిన ఈ నిర్మాణం మరింత ఎలక్ట్రోక్యాటలిటికల్‌గా చురుకుగా ఉన్నట్లు కనుగొనబడింది.టాఫెల్ విశ్లేషణ CO డైమెరైజేషన్ అనేది C2 ఉత్పత్తి ఏర్పడటానికి రేటు-నిర్ధారణ దశ అని సూచించింది, అయితే n-ప్రొపనాల్ ఈ ఉత్ప్రేరక వ్యవస్థలో వివిక్త మార్గాన్ని చూపించింది.నానోడెండ్రిటిక్ కాపర్ C2+ ఆక్సిజనేట్ ఉత్పత్తికి పదనిర్మాణ నియంత్రణ యొక్క ప్రాముఖ్యతను చూపే మరొక ఉదాహరణ (99).క్లుప్తంగా, C2+ ఆల్కహాల్ కోసం బాగా నిర్వచించబడిన రాగి నానోడెండ్రైట్ (Fig. 6L) యొక్క మొత్తం FE −1.0 V వర్సెస్ RHE వద్ద దాదాపు 25% ఉంది.ఆకట్టుకునే n-propanol FE 13% −0.9 V వద్ద సాధించవచ్చు. Cu పరమాణువు యొక్క అధిక కార్యాచరణను పరిగణనలోకి తీసుకుంటే, రాగి-ఆధారిత ఉత్ప్రేరకాలు ECR సమయంలో నిర్మాణాత్మక క్షీణతకు ఎల్లప్పుడూ గురవుతాయి, ప్రత్యేకించి అధిక ఓవర్‌పోటెన్షియల్‌లో, ఇది పేలవానికి దారితీస్తుంది. స్థిరత్వం.అయినప్పటికీ, అటువంటి నానోడెండ్రిటిక్ రాగి ఆల్కహాల్ ఉత్పత్తికి మంచి స్థిరత్వాన్ని ప్రదర్శించింది, 6 గంటలలో ~24% ఆల్కహాల్ FEని చూపుతుంది.

పరమాణు ఖాళీలు మరియు డోపాంట్లు వంటి ఎలెక్ట్రోక్యాటలిస్ట్‌ల లోపాలు, సంప్రదాయేతర ECR మధ్యవర్తులను శోషించే అవకాశాన్ని చూపుతాయి మరియు అందువల్ల, ఆక్సిజనేట్‌ల (29, 43, 100) వైపు సంబంధిత మార్గాన్ని ఎంపిక చేయడం ద్వారా మెరుగుపరుస్తుంది.ఇథిలీన్ మరియు ఇథనాల్ ఉత్పత్తికి సంభావ్య చివరి ఇంటర్మీడియట్ అయిన *C2H3Oని ఉదాహరణగా తీసుకుంటే, సార్జెంట్ మరియు సహోద్యోగులు (43) కోర్-షెల్ Cu ఎలక్ట్రోక్యాటలిస్ట్‌లోని లోపాల పాత్రను వివరంగా అధ్యయనం చేశారు.ఇథిలీన్ మరియు ఇథనాల్ ఏర్పడటానికి ప్రతిచర్య శక్తి అవరోధాలు ప్రారంభ C─C కలపడం దశలో (0.5-V ఓవర్‌పోటెన్షియల్) (Fig. 7A) ఒకేలా ఉన్నాయని వారు సిద్ధాంతపరంగా చూపించారు.అటువంటి పరిస్థితిలో, రాగి ఖాళీని ప్రవేశపెట్టడం వలన ఇథిలీన్ ఏర్పడటానికి శక్తి అవరోధం కొద్దిగా పెరుగుతుంది, అయినప్పటికీ ఇది ఇథనాల్ ఉత్పత్తిపై ఎటువంటి ప్రభావాన్ని చూపలేదు (Fig. 7B).అయినప్పటికీ, అంజీర్ 7Cలో చూపినట్లుగా, ఖాళీ మరియు ఉపరితల సల్ఫర్ డోపాంట్‌తో కూడిన రాగి ఉత్ప్రేరకాలు ఇథిలీన్ మార్గానికి శక్తి అవరోధాన్ని గణనీయంగా పెంచుతాయి, ఇది థర్మోడైనమిక్‌గా అననుకూలంగా చేస్తుంది.అయినప్పటికీ, అటువంటి మార్పు ఇథనాల్ మార్గంపై అతితక్కువ ప్రభావాన్ని చూపింది.ఈ దృగ్విషయం మరింత ప్రయోగాత్మకంగా ధృవీకరించబడింది.సమృద్ధిగా ఉన్న ఉపరితల ఖాళీలతో కూడిన కోర్-షెల్ నిర్మాణాత్మక Cu2S-Cu (Cu2S-Cu-V; Fig. 7D) సంశ్లేషణ చేయబడింది.ఆల్కహాల్ మరియు ఇథిలీన్ నిష్పత్తి బేర్ Cu NPలపై 0.18 నుండి ఖాళీ లేని Cu2S-Cuపై 0.34కి మరియు Cu2S-Cu-Vపై 1.21కి పెరిగింది, అయినప్పటికీ C2+ ఉత్పత్తుల మొత్తం FE అన్ని ఉత్ప్రేరకాలు (Fig. 7E) .ఈ పరిశీలన ఆల్కహాల్ సెలెక్టివిటీని ప్రోత్సహించడం DFT ఫలితానికి అనుగుణంగా ఇథిలీన్ ఉత్పత్తిని అణచివేయడంతో ముడిపడి ఉందని సూచించింది.అదనంగా, ECR కోసం స్వచ్ఛమైన కార్బన్ పదార్థాలు క్రియారహితంగా ఉన్నందున లోహ రహిత కార్బన్ ఉత్ప్రేరకం కోసం లోపం ఇంజనీరింగ్ మరింత ముఖ్యమైన పాత్ర పోషిస్తుంది.కార్బన్-ఆధారిత ఉత్ప్రేరకం (31, 43, 100) యొక్క ఎలక్ట్రానిక్ నిర్మాణాన్ని మార్చడానికి నైట్రోజన్ మరియు బోరాన్ వంటి డోపాంట్లు ఉపయోగించబడ్డాయి.ఉదాహరణకు, సిలికాన్ సబ్‌స్ట్రేట్‌పై నైట్రోజన్-డోప్డ్ నానోడైమండ్ (NDD) ఫిల్మ్‌ను క్వాన్ మరియు ఇతరులు రూపొందించారు.(29) ECR నుండి ఎంపిక చేసిన అసిటేట్ ఉత్పత్తి కోసం (Fig. 7F).NDD ఉత్ప్రేరకాన్ని ఉపయోగించి RHEకి వ్యతిరేకంగా అసిటేట్ ప్రారంభ సంభావ్యత −0.36 V కంటే తక్కువగా ఉంది మరియు అసిటేట్ కోసం FE సంభావ్య పరిధిలో −0.8 నుండి −1.0 V వర్సెస్ RHE వరకు 75% కంటే ఎక్కువగా ఉంది.అటువంటి ఆకట్టుకునే మెరుగుదల యొక్క మూలాన్ని అర్థం చేసుకోవడానికి, విభిన్న నత్రజని విషయాలు లేదా నత్రజని జాతులతో NDD/Si ​​ఎలక్ట్రోడ్‌లు తయారు చేయబడ్డాయి మరియు పరిశోధించబడ్డాయి (Fig. 7G).ECR కోసం NDD/Si ​​ఉత్ప్రేరకం యొక్క అత్యుత్తమ పనితీరు హైడ్రోజన్ పరిణామం మరియు N డోపింగ్‌కు అధిక శక్తికి కారణమని రచయితలు నిర్ధారించారు, ఇక్కడ N-sp3C జాతులు అసిటేట్ ఉత్పత్తికి అత్యంత చురుకుగా ఉంటాయి.ఎలెక్ట్రోకైనెటిక్ డేటా మరియు ఇన్ సిటు ఇన్‌ఫ్రారెడ్ స్పెక్ట్రం అసిటేట్ ఏర్పడటానికి ప్రధాన మార్గం CO2 → *CO2− → *(COO)2 → CH3COO− కావచ్చునని వెల్లడించింది.నత్రజనితో పాటు, బోరాన్ నానోడైమండ్ యొక్క ఎలక్ట్రానిక్ నిర్మాణాన్ని నియంత్రించడానికి బాగా అన్వేషించబడిన మరొక హెటెరోటామ్.అయినప్పటికీ, బోరాన్-డోప్డ్ నానోడైమండ్ (BDD) ప్రాధాన్యతతో CO2ని ఫార్మాల్డిహైడ్ లేదా ఫార్మేట్ (101)కి తగ్గించింది.ఇంకా, క్వాన్ మరియు సహోద్యోగులు (102) బోరాన్ మరియు నైట్రోజన్ సహ-డోప్డ్ నానోడైమండ్ (BND) ECR పై సినర్జిస్టిక్ ప్రభావాన్ని చూపించాయని, ఇది BDD యొక్క పరిమితిని అధిగమించి, ఎంపిక చేసి ఇథనాల్‌ను ఉత్పత్తి చేయగలదని నిరూపించారు.BND1, BND2, మరియు BND3 ఉత్ప్రేరకాలు వివిధ నత్రజని విషయాలు మరియు సారూప్య బోరాన్ డోపింగ్ స్థాయిలు తయారు చేయబడ్డాయి.Fig. 7Hలో చూపినట్లుగా, BND3 ఉత్ప్రేరకంపై −1.0 V వర్సెస్ RHE వద్ద 93% వరకు ఇథనాల్ యొక్క అత్యధిక ఎంపికను సాధించవచ్చు, ఇది అత్యధిక నైట్రోజన్ డోపింగ్‌ను కలిగి ఉంటుంది.BNDపై C─C కలపడం ప్రక్రియ థర్మోడైనమిక్‌గా అనుకూలంగా ఉందని సైద్ధాంతిక గణన వివరించింది, ఇక్కడ బోరాన్ అణువు CO2 సంగ్రహాన్ని ప్రోత్సహించింది మరియు నైట్రోజన్ డోపాంట్ ఇథనాల్ వైపు ఇంటర్మీడియట్ యొక్క హైడ్రోజనేషన్‌ను సులభతరం చేసింది.హెటెరోటామ్-డోప్డ్ నానోడైమండ్ CO2ని అధిక ఎంపికతో మల్టీకార్బన్ ఆక్సిజనేట్‌లుగా మార్చగలగినప్పటికీ, నెమ్మదిగా ఛార్జ్ బదిలీ ప్రక్రియ కారణంగా దాని ECR కార్యాచరణ చాలా పరిమితం చేయబడింది (ప్రస్తుత సాంద్రత 2 mA cm−2 కంటే తక్కువ).గ్రాఫేన్-ఆధారిత పదార్థం డైమండ్-ఆధారిత ఉత్ప్రేరకాల లోపాలను అధిగమించడానికి ఒక సంభావ్య పరిష్కారం కావచ్చు.సిద్ధాంతపరంగా, గ్రాఫేన్ లేయర్‌లోని ఎడ్జ్ పిరిడినిక్ N సైట్‌లు C─C కప్లింగ్ (103) కోసం క్రియాశీల సైట్‌లుగా తీసుకోబడ్డాయి.ఎడ్జ్ సైట్‌లలో పిరిడినిక్ N ఉండటం వల్ల CO2ని COగా మార్చవచ్చు, దీనిని C2+ అణువుగా మార్చవచ్చు (Fig. 7I).ఉదాహరణకు, *C2O2 ఇంటర్మీడియట్ నైట్రోజన్-డోప్డ్ కార్బన్‌లో స్థిరీకరించబడుతుంది, దీనిలో రెండు C అణువులు వరుసగా పిరిడినిక్ N మరియు దాని ప్రక్కనే ఉన్న C అణువుతో బంధించబడతాయి (103).నత్రజని-డోప్డ్ గ్రాఫేన్ క్వాంటం డాట్ (NGQD) ఉత్ప్రేరకాలు (31) ఉపయోగించి సైద్ధాంతిక అంచనా ధృవీకరించబడింది.నత్రజని-డోప్డ్ గ్రాఫేన్ షీట్లు (1 నుండి 3 μm) (Fig. 7J) యొక్క పల్వరైజేషన్ తర్వాత, 1- నుండి 3-nm NGQD లు పొందబడ్డాయి, దీనిలో అంచు సైట్లలో పిరిడినిక్ N యొక్క సాంద్రత మూడు ఆర్డర్‌ల పరిమాణంతో పెరిగింది.−0.78 V వర్సెస్ RHE వద్ద, C2+ ఆక్సిజనేట్‌ల గరిష్ట FE 26% వరకు చేరవచ్చు.అదనంగా, Fig. 7Kలో చూపినట్లుగా, C2+ ఆక్సిజనేట్‌ల పాక్షిక కరెంట్ సాంద్రత 40 mA cm−2కి −0.86 V వర్సెస్ RHE వద్ద ఉంటుంది, ఇది సవరించిన నానోడైమండ్ కంటే చాలా ఎక్కువ.పోల్చి చూస్తే, N-రహిత గ్రాఫేన్ క్వాంటం చుక్కలు మరియు N-డోప్డ్ గ్రాఫేన్ ఆక్సైడ్, ఇది చాలా తక్కువ అంచు సైట్ పిరిడినిక్ N, ప్రాథమికంగా H2, CO మరియు ఫార్మాట్‌ను అందించింది.

(A నుండి C) గిబ్స్ ఉచిత శక్తి *C2H3O నుండి ఇథిలీన్ మరియు రాగి కోసం ఇథనాల్, ఖాళీతో రాగి మరియు రాగి ఖాళీ మరియు ఉపరితల సల్ఫర్‌తో రాగి.(D) Cu2S-Cu-V ఉత్ప్రేరకం యొక్క స్కీమాటిక్ ఇలస్ట్రేషన్.(E) C2+ ఆల్కహాల్‌లు మరియు ఇథిలీన్ యొక్క FE, అలాగే ఆల్కహాల్‌లకు ఆల్కెన్‌ల FE నిష్పత్తి.(A) నుండి (E) వరకు నేచర్ పబ్లిషింగ్ గ్రూప్ (43) అనుమతితో పునరుత్పత్తి చేయబడతాయి.(F) NDD యొక్క SEM చిత్రం.(G) విభిన్న నైట్రోజన్ కంటెంట్‌లతో NDDపై అసిటేట్ మరియు ఫార్మేట్ ఉత్పత్తి రేట్లు.% వద్ద, పరమాణు%.(F) మరియు (G) అమెరికన్ కెమికల్ సొసైటీ (29) నుండి అనుమతితో పునరుత్పత్తి చేయబడ్డాయి.(H) −1.0 V వద్ద NDD, BDD మరియు BNDల కోసం FEలు. జాన్ విలే అండ్ సన్స్ అనుమతితో పునరుత్పత్తి చేయబడ్డాయి (102).(I) NGQDలలో C─C కలపడం కోసం క్రియాశీల సైట్‌ల యొక్క స్కీమాటిక్ ఇలస్ట్రేషన్.(I) అమెరికన్ కెమికల్ సొసైటీ (103) నుండి అనుమతితో పునరుత్పత్తి చేయబడింది.(J) NGQDల యొక్క TEM చిత్రం.స్కేల్ బార్‌లు, 1 nm.(K) NGQDలను ఉపయోగించే వివిధ ఉత్పత్తుల కోసం పాక్షిక కరెంట్ సాంద్రతలు.(J) మరియు (K) నేచర్ పబ్లిషింగ్ గ్రూప్ (31) నుండి అనుమతితో పునరుత్పత్తి చేయబడ్డాయి.

ఎలక్ట్రోక్యాటలిస్ట్‌లకు మించి, ఎలక్ట్రోడ్ మరియు ఉత్ప్రేరక రియాక్టర్ ఆర్కిటెక్చర్ డిజైన్ ECR పనితీరును పెంచడానికి మరొక ప్రభావవంతమైన మార్గాన్ని అందిస్తుంది, ముఖ్యంగా ఉత్పత్తి రేటు మరియు శక్తి సామర్థ్యం కోసం.అత్యంత సమర్థవంతమైన C2+ ఉత్పత్తిని సాధించడానికి నవల ఎలక్ట్రోరెడక్షన్ సిస్టమ్‌ల రూపకల్పన మరియు కల్పనపై గణనీయమైన మెరుగుదలలు చేయబడ్డాయి.ఈ విభాగంలో, మేము ECR ఎలక్ట్రోడ్/రియాక్టర్ డిజైన్ గురించి వివరంగా చర్చిస్తాము.

H-రకం కణాలు ల్యాబ్-స్కేల్ పరీక్షలలో విస్తృతంగా ఉపయోగించబడతాయి, వాటి సులభమైన అసెంబ్లీ, సులభమైన ఆపరేషన్ మరియు తక్కువ ధరను పరిగణనలోకి తీసుకుంటాయి.కణాలు స్వతంత్ర కాథోడ్ మరియు యానోడ్ గదులతో అమర్చబడి ఉంటాయి, ఇవి అయాన్-ఎక్స్ఛేంజ్ మెమ్బ్రేన్ (104, 105) ద్వారా అనుసంధానించబడి ఉంటాయి.ఈ H-రకం సెల్ యొక్క ప్రాధమిక ప్రతికూలత సజల ఎలక్ట్రోలైట్‌లో తక్కువ CO2 ద్రావణీయత, ఇది పరిసర పరిస్థితులలో 0.034 M మాత్రమే ఉంటుంది, ఇది j <100 mA cm−2 (64) యొక్క పరిమిత CO2 తగ్గింపు కరెంట్ సాంద్రతలకు దారితీస్తుంది.అంతేకాకుండా, పరిమిత ఎలక్ట్రోడ్ ఉపరితల వైశాల్యం మరియు పెద్ద ఇంటర్‌ఎలక్ట్రోడ్ దూరంతో సహా ఇతర అంతర్గత లోపాలు పెరుగుతున్న పరిశోధన అవసరాలను తీర్చడంలో విఫలమయ్యాయి (105, 106).C2+ ఉత్పత్తి ఉత్పత్తి కోసం, H-రకం కణాలు సాధారణంగా అధిక ఓవర్‌పోటెన్షియల్స్‌లో తక్కువ ఎంపికను చూపుతాయి, ఉదా, −0.98 V వద్ద ఇథిలీన్‌కు 32% వర్సెస్ RHE (107), n-ప్రొపనాల్ కోసం 13.1% వర్సెస్ RHE (99) మరియు తీవ్రమైన పోటీ హైడ్రోజన్ పరిణామం కారణంగా −0.46 V వర్సెస్ RHE (108) వద్ద ఇథనాల్‌కు 20.4%.

పై సమస్యలను పరిష్కరించడానికి, ఫ్లో రియాక్టర్ ప్రతిపాదించబడింది (15, 109).ప్రవాహ కణాలలో, వాయు CO2 ప్రవాహాన్ని నేరుగా కాథోడ్ వద్ద ఫీడ్‌స్టాక్‌గా ఉపయోగించవచ్చు, తద్వారా గణనీయంగా మెరుగుపడిన ద్రవ్యరాశి వ్యాప్తి మరియు ఉత్పత్తి రేటు (104, 110).మూర్తి 8A ఫ్లో సెల్ యొక్క సాధారణ నిర్మాణాన్ని చూపుతుంది, ఇక్కడ ఒక పాలిమర్ ఎలక్ట్రోలైట్ మెమ్బ్రేన్ (PEM) రెండు ప్రవాహ మార్గాల మధ్య శాండ్‌విచ్ చేయబడిన ఎలక్ట్రోడ్ సెపరేటర్‌గా పనిచేస్తుంది.ఉత్ప్రేరకం కాథోడ్ ఎలక్ట్రోడ్‌గా పనిచేయడానికి గ్యాస్ డిఫ్యూజన్ ఎలక్ట్రోడ్ (GDE) పై స్థిరీకరించబడుతుంది, దీనిలో వాయు CO2 నేరుగా అందించబడుతుంది.0.5 M KHCO3 వంటి కాథోలైట్, ఉత్ప్రేరకం ఎలక్ట్రోడ్ మరియు PEM మధ్య పలుచని పొరలో నిరంతరం ప్రవహిస్తుంది.అదనంగా, యానోడ్ వైపు సాధారణంగా ఆక్సిజన్ పరిణామ ప్రతిచర్య (43, 110) కోసం సజల ఎలక్ట్రోలైట్‌తో ప్రసారం చేయబడుతుంది.H-రకం కణాలతో పోలిస్తే, ఈ మెమ్బ్రేన్-ఆధారిత ప్రవాహ కణాలు చాలా ఉన్నతమైన ECR పనితీరును చూపుతాయి.ఉదాహరణకు, సార్జెంట్ మరియు సహోద్యోగులు (43) Fig. 8 (B నుండి E)లో చిత్రీకరించిన విధంగా H-రకం సెల్ మరియు ఫ్లో సెల్ రెండింటిలోనూ Cu2S-Cu-V ఉత్ప్రేరకం యొక్క ECR పనితీరును అంచనా వేశారు.H-రకం కణాలను ఉపయోగించి, C2+ ఉత్పత్తులకు గరిష్ట FE 41%, మొత్తం ప్రస్తుత సాంద్రత ~30 mA cm−2 −0.95 V వర్సెస్ RHE.అయినప్పటికీ, C2+ ఉత్పత్తులకు FE 53%కి పెరిగింది, మొత్తం కరెంట్ సాంద్రత సులభంగా 400 mA cm−2 కంటే తక్కువ −0.92 V వర్సెస్ RHE కంటే ఎక్కువగా ఉంటుంది.ఫ్లో రియాక్టర్‌ని ఉపయోగించి అటువంటి ముఖ్యమైన పనితీరు మెరుగుదల మెరుగుపరచబడిన CO2 వ్యాప్తి మరియు అణచివేయబడిన సైడ్ రియాక్షన్‌లకు ఆపాదించబడుతుంది, ప్రధానంగా స్థానిక గ్యాస్-ఎలక్ట్రోలైట్-ఉత్ప్రేరక ట్రిపుల్-ఇంటర్‌ఫేస్ ఆర్కిటెక్చర్ నుండి ఉద్భవించింది.

(A) ఎలక్ట్రోడ్-ఎలక్ట్రోలైట్ ఇంటర్‌ఫేస్ యొక్క జూమ్-ఇన్ స్కీమాటిక్‌తో ఫ్లో ఎలక్ట్రోలైజర్ యొక్క రేఖాచిత్రం.(A) జాన్ విలీ అండ్ సన్స్ (30) అనుమతితో పునరుత్పత్తి చేయబడింది.(B నుండి E) H-రకం సెల్ మరియు ఫ్లో సెల్ ఉపయోగించి ECR పనితీరు యొక్క పోలిక.(B) నుండి (E) వరకు నేచర్ పబ్లిషింగ్ గ్రూప్ (43) అనుమతితో పునరుత్పత్తి చేయబడతాయి.(F నుండి H) ECR పనితీరుకు వ్యతిరేకంగా ప్రవాహ కణాలలో వేర్వేరు ఎలక్ట్రోలైట్‌లు వర్తించబడతాయి.(F) నుండి (H) వరకు జాన్ విలీ అండ్ సన్స్ (30) అనుమతితో పునరుత్పత్తి చేయబడ్డాయి.(I నుండి K) పాలిమర్-ఆధారిత గ్యాస్ డిఫ్యూజన్ ఎలక్ట్రోడ్ యొక్క నిర్మాణం మరియు స్థిరత్వం పనితీరు.(I) నుండి (K) వరకు AAAS (33) అనుమతితో పునరుత్పత్తి చేయబడతాయి.

జీరో గ్యాప్ సెల్ అనేది ఎలక్ట్రోలైజర్‌ల యొక్క మరొక ఉద్భవిస్తున్న తరగతి, ఇది ప్రవాహ కణాలలోని ప్రవాహ మార్గాలను మరింత తొలగిస్తుంది మరియు మధ్యలో అయాన్-మార్పిడి పొరతో రెండు ఎలక్ట్రోడ్‌లను నొక్కుతుంది.ఈ కాన్ఫిగరేషన్ ద్రవ్యరాశి బదిలీ మరియు ఎలక్ట్రాన్ బదిలీ నిరోధకతను గణనీయంగా తగ్గిస్తుంది మరియు తద్వారా శక్తి సామర్థ్యాన్ని మెరుగుపరుస్తుంది, ఇది ఆచరణాత్మక అనువర్తనాల్లో మరింత సాధ్యమయ్యేలా చేస్తుంది (110).కాథోడ్‌కు అందించబడే ప్రతిచర్యలు CO2-సంతృప్త కాథోలైట్ లేదా తేమతో కూడిన CO2 ప్రవాహం కావచ్చు.CO2 తగ్గింపు జాతుల (111) ఛార్జ్‌ను భర్తీ చేయడానికి ప్రోటాన్ విడుదల కోసం నీటి ఆవిరి లేదా సజల ఎలక్ట్రోలైట్ తప్పనిసరిగా యానోడ్‌కు అందించబడుతుంది.Gutierrez-Guerra et al.(109) జీరో గ్యాప్ సెల్‌లో Cu-AC హైబ్రిడ్ ఉత్ప్రేరకం యొక్క పనితీరును అంచనా వేసింది మరియు 60% అధిక ఎంపికతో ఎసిటాల్డిహైడ్ ప్రధాన ఉత్పత్తి అని నివేదించింది.ఈ పరికరం యొక్క మరొక ప్రయోజనంగా, రియాక్టెంట్ ప్రవాహాన్ని ఒత్తిడి చేయడం మరియు స్థానిక CO2 గాఢతను గణనీయంగా పెంచడం చాలా సులభం, తద్వారా పెద్ద కరెంట్ సాంద్రతలు మరియు అధిక ప్రతిచర్య రేట్లు (110) ఏర్పడతాయి.అయినప్పటికీ, జీరో గ్యాప్ కణాలలో వేగవంతమైన అయాన్ మార్పిడి రేటు కాథోలైట్‌ను ఆమ్లీకరించడానికి ప్రయత్నిస్తుంది, ప్రతిస్పందనను CO2 తగ్గింపు (112)కి బదులుగా H2 పరిణామం వైపు మారుస్తుంది.ఈ సమస్యను పరిష్కరించడానికి, జౌ మరియు సహోద్యోగులు (112, 113) CO2 తగ్గింపు ప్రతిచర్య కోసం కాథోడ్ దగ్గర సరైన pHని నిర్వహించడానికి కాథోడ్ మరియు పొర మధ్య ప్రసరణ సజల ఎలక్ట్రోలైట్‌తో బఫర్ పొరను చొప్పించారు.అసిటోన్, ఇథనాల్ మరియు n-ప్రొపనాల్‌తో సహా జీరో గ్యాప్ కణాల ఆధారంగా వివిధ C2+ ఉత్పత్తులు కనుగొనబడినప్పటికీ, FEలు ఇప్పటికీ చాలా తక్కువగా ఉన్నాయి.చాలా నివేదించబడిన అధ్యయనాలు ఎల్లప్పుడూ తగ్గింపు ప్రతిచర్య సమయంలో తక్కువ సంఖ్యలో ప్రోటాన్ మరియు ఎలక్ట్రాన్ బదిలీలను కలిగి ఉండే C1 ఉత్పత్తులపై దృష్టి పెడతాయి.కాబట్టి, C2+ ఉత్పత్తుల కోసం జీరో గ్యాప్ సెల్ యొక్క సాధ్యత ఇంకా చర్చలో ఉంది (110).

అంతేకాకుండా, మైక్రోఫ్లూయిడ్ ఎలక్ట్రోలైటిక్ సెల్స్ (MEC లు) అనేది కెనిస్ మరియు సహోద్యోగులు (39, 114) అభివృద్ధి చేసిన అత్యంత ఆకర్షణీయమైన ఎలక్ట్రోలైజర్ కాన్ఫిగరేషన్.ఈ పరికరంలో, యానోడ్ మరియు కాథోడ్‌లను వేరు చేయడానికి ప్రవహించే ఎలక్ట్రోలైట్ స్ట్రీమ్‌తో నిండిన సన్నని ఖాళీ (<1 మిమీ మందం)తో పొర భర్తీ చేయబడుతుంది.CO2 అణువులు కాథోడ్ సమీపంలోని ఎలక్ట్రోడ్-ఎలక్ట్రోలైట్ ఇంటర్‌ఫేస్‌లోకి త్వరగా వ్యాప్తి చెందుతాయి మరియు రెండు స్థిరమైన GDEలు ప్రవహించే ఎలక్ట్రోలైట్ ద్వారా ఫ్లష్ చేయబడతాయి.మెమ్బ్రేన్ ఆధారిత ప్రవాహ కణాలతో పోలిస్తే, MEC లు అధిక పొర ధరను నివారించడమే కాకుండా నీటి నిర్వహణను కూడా తగ్గిస్తాయి, ఇది నీటి అణువుల ద్రవాభిసరణ డ్రాగ్ కారణంగా అధిక కరెంట్ సాంద్రతతో పనిచేసేటప్పుడు ముఖ్యంగా యానోడ్ డ్రై-అవుట్ మరియు కాథోడ్ వరదలను సూచిస్తుంది. పొర మీదుగా యానోడ్ నుండి కాథోడ్‌కు ప్రోటాన్ రవాణా (115).మనకు తెలిసినంత వరకు, గుర్తించదగిన మెరిట్‌లు మరియు విజయాలు ఉన్నప్పటికీ, అసలు MECలలో C2+ ఉత్పత్తులను కనీస సంఖ్యలో అధ్యయనాలు సాధించాయి.యానోడ్‌లో ఏర్పడిన ప్రోటాన్‌లు కాథోడ్ పరిసరాల నుండి సులభంగా హరించడం లేదా ప్రవహించే ఎలక్ట్రోలైట్ ద్వారా కొట్టుకుపోయే "ఫ్లోటింగ్" ప్రభావం వల్ల ఇది సంభవించవచ్చు, బదులుగా C2+ ఏర్పడటానికి అవసరమైన బహుళ ప్రోటాన్‌లో పాల్గొనడం కంటే.కింది ఉదాహరణ ద్వారా ఊహాగానాలు ధృవీకరించబడవచ్చు.2016లో, కెనిస్ మరియు సహోద్యోగులు (31) సవరించిన మరియు పొర-కలిగిన MECలో CO2ని C2+ ఉత్పత్తులకు విజయవంతంగా తగ్గించారని నివేదించారు, దీనిలో NGQDలు CO2 అణువులను 55% FEతో C2+కి తగ్గించగలవు (ఇథిలీన్‌కు 31%, 14% ఇథనాల్ కోసం, అసిటేట్ కోసం 6% మరియు n-ప్రొపనాల్ కోసం 4%) 1 M KOH ద్రావణంలో RHEకి వ్యతిరేకంగా −0.75 V యొక్క అప్లైడ్ పొటెన్షియల్ వద్ద.ఎలక్ట్రోలైట్ వాతావరణం ఉత్పత్తి ఎంపికను కూడా గణనీయంగా ప్రభావితం చేస్తుందని సూచించడం ముఖ్యం.ఉదాహరణకు, జియావో మరియు సహోద్యోగులు (30) ఒక నానోపోరస్ Cu ఉత్ప్రేరకాన్ని సంశ్లేషణ చేసి, పొర-ఆధారిత MECలో వివిధ ఎలక్ట్రోలైట్‌లను (KHCO3, KOH, K2SO4 మరియు KCl) ఉపయోగించి దాని ECR పనితీరును పరీక్షించారు.ఆల్కలీన్ ఎలక్ట్రోలైట్ (KOH)లో CO2 తగ్గింపు, అంజీర్ 8 (F మరియు G)లో చూపిన విధంగా అత్యధిక C2+ ఎంపిక మరియు ప్రస్తుత సాంద్రతను ప్రదర్శిస్తుందని వారు వెల్లడించారు.−0.67 V వర్సెస్ RHE వర్సెస్ 1 M KOH ఎలక్ట్రోలైట్‌లో, C2+ కోసం పొందిన FE 653 mA cm−2 యొక్క పాక్షిక కరెంట్ సాంద్రతతో 62% వరకు చేరుకుంటుంది, ఇది ఎలక్ట్రోకెమికల్ CO2 తగ్గింపులలో ఇప్పటివరకు నివేదించబడిన అత్యధిక కరెంట్ సాంద్రతలలో ఒకటి. C2+ ఉత్పత్తుల వైపు.ఇథిలీన్ (38.6%), ఇథనాల్ (16.6%), మరియు n-ప్రొపనాల్ (4.5%) తక్కువ మొత్తంలో అసిటేట్‌తో కూడిన ప్రధాన C2+ ఉత్పత్తులు.C2+ ఉత్పత్తుల కోసం లెక్కించిన ఉపరితల pH మరియు FE మధ్య బలమైన సహసంబంధం ఉందని కూడా వారు ఎత్తి చూపారు: అధిక ఉపరితల pH, అధిక కరెంట్ సాంద్రతలు మరియు C2+ ఉత్పత్తుల దిగుబడి, అంజీర్ 8Hలో చిత్రీకరించబడింది.సమీప-ఉపరితల OH− అయాన్లు C─C కలపడం (31)ని బలంగా సులభతరం చేయగలవని సైద్ధాంతిక గణన ప్రతిపాదించింది.

ఎలక్ట్రోలైజర్ కాన్ఫిగరేషన్‌తో పాటు, వివిధ ఎలక్ట్రోలైజర్‌లలో వర్తించే ఎలక్ట్రోలైట్ తుది ECR ఉత్పత్తులను కూడా గణనీయంగా మార్చగలదు.మేము పైన చెప్పినట్లుగా, అధిక ఆల్కలీన్ KOH పరిష్కారాలు ఎల్లప్పుడూ H- రకం కణాలలో కాకుండా అద్భుతమైన పనితీరుతో ప్రవాహ కణాలలో ఉపయోగించబడతాయి.KOH ఎలక్ట్రోలైట్ అధిక ఎలక్ట్రోలైట్ వాహకతను అందిస్తుంది, ఉత్ప్రేరకం మరియు బల్క్ ఎలక్ట్రోలైట్‌పై సన్నని ఎలక్ట్రోలైట్ పూత మధ్య ఓహ్మిక్ నిరోధకతను తగ్గిస్తుంది మరియు C2+ ఏర్పడటానికి అవసరమైన ఓవర్‌పోటెన్షియల్‌లను మరింత తగ్గిస్తుంది (31).OH− అయాన్ల ఉనికి CO డైమెరైజేషన్ కోసం శక్తి అవరోధాన్ని తగ్గించగలదని DFT ఫలితాలు మరింత ధృవీకరిస్తాయి, తద్వారా C2+ ఏర్పాటును పెంచుతుంది మరియు C1 మరియు H2 నిర్మాణం (30, 33) నుండి పోటీని అణిచివేస్తుంది.అయినప్పటికీ, H-రకం కణాలలో ఆల్కలీన్ KOH ఎలక్ట్రోలైట్‌గా ఉపయోగించబడదు.ఎందుకంటే CO2 స్ట్రీమ్‌లు KOH సొల్యూషన్‌లతో వేగంగా ప్రతిస్పందిస్తాయి మరియు చివరగా H-రకం కణాలలో తటస్థ pHతో బైకార్బోనేట్ ద్రావణాన్ని సృష్టిస్తాయి (30).ప్రవాహ కణాలలో, అయితే, CO2 GDE ద్వారా వ్యాపించిన తర్వాత, CO2 అణువులు ట్రిపుల్ సరిహద్దు దశలో (CO2-ఉత్ప్రేరక-ఎలక్ట్రోలైట్) తక్షణమే తగ్గిన ఉత్పత్తులను ఏర్పరుస్తాయి.అంతేకాకుండా, ఎలక్ట్రోలైట్ యొక్క పేలవమైన బఫరింగ్ సామర్థ్యం స్థిర ఎలక్ట్రోలైజర్ కాన్ఫిగరేషన్‌లలో ఎలక్ట్రోడ్ చుట్టూ pHని వేగంగా పెంచగలదు, అయితే ప్రవహించే ఎలక్ట్రోలైట్ ఉపరితలాన్ని రిఫ్రెష్ చేస్తుంది మరియు ఎలక్ట్రోలైట్‌లో pH హెచ్చుతగ్గులను తగ్గిస్తుంది (33, 116).

ECR అనేది వ్యాప్తి-నియంత్రిత ప్రతిచర్య అని పైన పేర్కొన్నట్లుగా, అధిక ప్రతిచర్య పీడనం కూడా బల్క్ మరియు ఇంటర్‌ఫేస్ CO2 గాఢతను గణనీయంగా పెంచుతుంది.సాధారణ అధిక-పీడన రియాక్టర్‌లు స్టెయిన్‌లెస్ స్టీల్ ఆటోక్లేవ్‌ను పోలి ఉంటాయి, దీనిలో అధిక-పీడన CO2 (60 atm వరకు) సెల్‌లోకి ప్రవేశపెడతారు, ఇది FE మరియు C2+ (117) యొక్క ప్రస్తుత సాంద్రత రెండింటిలోనూ గణనీయమైన పెరుగుదలకు దారితీస్తుంది. , 118).సకాటా మరియు సహోద్యోగులు (119) ఇథిలీన్‌ను ప్రధాన ఉత్పత్తిగా కలిగి ఉన్న Cu ఎలక్ట్రోడ్‌పై ప్రస్తుత సాంద్రత 30 atm కంటే తక్కువ 163 mA cm−2కి మెరుగుపరచబడుతుందని చూపించారు.అనేక లోహ ఉత్ప్రేరకాలు (ఉదా, Fe, Co, మరియు Ni), పరిసర పీడనం వద్ద C2+ ఉత్పత్తికి ఎటువంటి కార్యాచరణ లేకుండా, ఎలివేటెడ్ ఒత్తిళ్ల వద్ద CO2ని ఇథిలీన్, ఈథేన్, ప్రొపేన్ మరియు ఇతర హై-ఆర్డర్ C2+ ఉత్పత్తులకు తగ్గించగలవు.ఉత్పత్తుల ఎంపిక అనేది ఎలక్ట్రోడ్ ఉపరితలం (117, 120) వద్ద CO2 లభ్యతను మార్చే పద్ధతిలో CO2 ఒత్తిడిపై ఆధారపడి ఉంటుందని నిరూపించబడింది.తగ్గించబడిన ప్రధాన ఉత్పత్తులు H2 నుండి హైడ్రోకార్బన్‌లకు (C2+ చేర్చబడ్డాయి) మరియు చివరిగా CO/HCOOHకి పెరిగిన CO2 ఒత్తిడితో మార్చబడతాయి.ముఖ్యంగా, CO2 ఒత్తిడిని జాగ్రత్తగా పర్యవేక్షించాలి ఎందుకంటే అధిక అధిక లేదా తక్కువ CO2 పీడనాలు నిరుపయోగంగా లేదా పరిమితమైన CO2 వ్యాప్తి రేటును ప్రేరేపిస్తాయి, ఇది CO/HCOOH లేదా H2 ఉత్పత్తికి అనుకూలంగా ఉంటుంది.ఎలక్ట్రోడ్ ఉపరితలంపై ఉత్పత్తి చేయబడిన ఇంటర్మీడియట్ CO మరియు ప్రస్తుత సాంద్రత యొక్క అనుకూలమైన మొత్తం మాత్రమే C─C కలపడం ప్రతిచర్యను సులభతరం చేస్తుంది మరియు C2+ ఉత్పత్తి ఎంపికను మెరుగుపరుస్తుంది (119).

సెలెక్టివ్ C2+ ఉత్పత్తిని మెరుగుపరచడానికి అధునాతన నిర్మాణాలతో నవల ఎలక్ట్రోడ్‌ను రూపొందించడం మరొక ముఖ్యమైన దిశ.ప్రారంభ దశలో, పని చేసే ఎలక్ట్రోడ్‌లు నాన్‌పోరస్ మెటల్ రేకులు మరియు నిదానమైన ద్రవ్యరాశి బదిలీకి గురవుతాయి (26, 105).ఫలితంగా, ఉత్ప్రేరక కణాలకు CO2 వ్యాప్తిని సులభతరం చేసే హైడ్రోఫోబిక్ ఛానెల్‌లను అందించడం ద్వారా పేలవమైన సెల్ పనితీరును తగ్గించడానికి GDE ప్రతిపాదించబడింది (121).సాంప్రదాయ GDE సాధారణంగా ఉత్ప్రేరకం పొర (CL) మరియు గ్యాస్ డిఫ్యూజన్ లేయర్ (GDL)ను కలిగి ఉంటుంది, ఇది అంజీర్ 8A (30, 33) దిగువ భాగంలో చూపబడింది.సెల్ పనితీరును మెరుగుపరచడానికి GDEలో ఏర్పడిన గ్యాస్-లిక్విడ్-క్యాటలిస్ట్ ఇంటర్‌ఫేస్ కీలకం.పోరస్ పదార్థాలతో (సాధారణంగా కార్బన్ పేపర్) సమీకరించబడిన GDL సమృద్ధిగా CO2 మార్గాలను అందిస్తుంది మరియు వేగవంతమైన ఎలక్ట్రోలైట్ వ్యాప్తి రేటును నిర్ధారిస్తుంది.ఇది ప్రోటాన్‌లు, ఎలక్ట్రాన్‌లు మరియు CL నుండి ఎలక్ట్రోలైట్‌లోకి తగ్గింపు ఉత్పత్తులకు తక్కువ-నిరోధక రవాణా మాధ్యమంగా కూడా పనిచేస్తుంది (121).డ్రాప్ కాస్టింగ్, ఎయిర్ బ్రషింగ్ మరియు ఎలక్ట్రోడెపోజిషన్ GDEల తయారీకి సాధారణ సాంకేతికతలు (122).GDEలతో సమీకరించబడిన ఉత్ప్రేరకాలు C2+ ఉత్పత్తులకు CO2 ఎలక్ట్రోరెడక్షన్‌లో తీవ్రంగా పరిశోధించబడ్డాయి.ముఖ్యంగా, అనుకూలమైన పనితీరుతో పైన పేర్కొన్న ఫ్లో సెల్‌లు అన్నీ GDEలతో జతచేయబడతాయి.1990 నాటికి, సమ్మేల్స్ మరియు సహోద్యోగులు (123) 667 mA cm−2 అధిక సాంద్రత కలిగిన ఇథిలీన్ కోసం Cu-coated GDEలు 53% అధిక FEని సాధించాయని నివేదించారు.ఇథిలీన్ మరియు ఇథనాల్ యొక్క సెలెక్టివిటీని పెంపొందించడం అనేది ఒక పెద్ద సవాలు, ఇది ఎల్లప్పుడూ Cu-ఆధారిత ఉత్ప్రేరకాలపై సారూప్యమైన యాంత్రిక ప్రతిచర్య మార్గాల కారణంగా ఉత్పత్తి చేయబడుతుంది.అంతేకాకుండా, ఇథనాల్‌తో పోలిస్తే ఎలివేటెడ్ ఉత్పాదకత మరియు ఇథిలీన్ ఎంపిక Cu-ఆధారిత GDE (25, 36) పై గమనించబడిందని సూచించడం ముఖ్యం.Gewirth మరియు సహోద్యోగులు (36) ఎలక్ట్రోడెపోజిటెడ్ Cu-Ag GDEలో ఇథిలీన్ కోసం 60% అద్భుతమైన FEని మరియు 25% ఇథనాల్ కోసం అణచివేయబడిన FEని చూపించారు, మొత్తం ప్రస్తుత సాంద్రత −0.7 V వద్ద ~300 mA cm−2కి చేరుకున్నప్పుడు. RHE.పెద్ద కరెంట్ డెన్సిటీలో ఇంత ఎక్కువ సెలెక్టివిటీని సాధించిన అరుదైన పని ఇది.ఈ అన్వేషణ GDE-ఇన్కార్పొరేటెడ్ ఎలక్ట్రోడ్ ప్రతిచర్య మార్గాలను ట్యూన్ చేయడానికి మంచి మార్గాన్ని అందిస్తుంది, దీనిలో తగ్గిన ఉత్పత్తుల ఎంపికను అధిక కరెంట్ సాంద్రత వద్ద పొందవచ్చు.

GDEల యొక్క స్థిరత్వం కూడా ఒక ముఖ్యమైన సమస్యగా పరిగణించబడుతుంది, ఎందుకంటే ఫ్లో కణాల కోసం ఆచరణాత్మక అనువర్తనాన్ని గ్రహించడానికి స్థిరమైన దీర్ఘకాలిక ఆపరేషన్ అవసరం.GDEలతో అత్యద్భుతమైన CO2-to-C2+ పనితీరు ఉన్నప్పటికీ, ఉత్ప్రేరకం, GDL మరియు బైండర్ లేయర్‌ల (77, 124) యొక్క బలహీనమైన యాంత్రిక సంశ్లేషణ కారణంగా స్థిరత్వం ఇప్పటికీ పేలవంగా ఉంది.ఎలివేటెడ్ ఓవర్‌పోటెన్షియల్స్ వద్ద సంభవించిన ఆక్సీకరణ ప్రతిచర్య కారణంగా ఎలెక్ట్రోకెమికల్ రియాక్షన్ సమయంలో GDL యొక్క కార్బన్ ఉపరితలం హైడ్రోఫోబిక్ నుండి హైడ్రోఫిలిక్‌కు మారవచ్చు, ఇది GDLలో వరదలకు దారితీస్తుంది మరియు CO2 వ్యాప్తి మార్గాలను అడ్డుకుంటుంది (33).ఈ సమస్యను పరిష్కరించడానికి, పరిశోధకులు పాలిటెట్రాఫ్లోరోఎథిలిన్ (PTFE) యొక్క హైడ్రోఫోబిక్ పరంజాను GDEలలోకి చేర్చారు.హైడ్రోఫిలిక్ నాఫియాన్‌తో పోలిస్తే, హైడ్రోఫోబిక్ PTFE పొర ఉన్నతమైన దీర్ఘకాలిక స్థిరత్వాన్ని అందిస్తుంది (33).సార్జెంట్ మరియు సహోద్యోగులు (33) వేరు చేయబడిన PTFE మరియు కార్బన్ NPల మధ్య Cu ఉత్ప్రేరకాన్ని సమీకరించారు, దీనిలో హైడ్రోఫోబిక్ PTFE పొర NPలు మరియు గ్రాఫైట్ పొరలను స్థిరీకరించగలదు, తద్వారా స్థిరమైన ఎలక్ట్రోడ్ ఇంటర్‌ఫేస్‌ను నిర్మిస్తుంది (Fig. 8, I మరియు J).ఫలితంగా, 75 నుండి 100 mA cm−2 ప్రస్తుత సాంద్రత వద్ద 7 M KOH ద్రావణంలో ఇథిలీన్ ఉత్పత్తికి FE 70%కి పెంచబడింది.ఈ ఫ్లో రియాక్టర్ యొక్క జీవిత కాలం 150 గంటల కంటే ఎక్కువ వరకు పొడిగించబడింది, ఇథిలీన్ సెలెక్టివిటీలో అతితక్కువ నష్టంతో, ఇది సాంప్రదాయ GDEల కంటే 300 రెట్లు ఎక్కువ, అంజీర్ 8Kలో చూపబడింది.ఇటువంటి శాండ్‌విచ్ నిర్మాణం అద్భుతమైన GDE డిజైన్‌గా నిరూపించబడింది.ఉదాహరణకు, Cui మరియు సహోద్యోగులు (124) రెండు హైడ్రోఫోబిక్ నానోపోరస్ పాలిథిలిన్ ఫిల్మ్‌ల ద్వారా క్లిప్ చేయబడిన క్రియాశీల ఎలక్ట్రోడ్ పొరతో ట్రైలేయర్ నిర్మాణాన్ని రూపొందించారు.బయటి హైడ్రోఫోబిక్ పొరలు బల్క్ ద్రావణం నుండి ఎలక్ట్రోలైట్ ప్రవాహాన్ని నెమ్మదిస్తాయి, ఇది పని చేసే ఎలక్ట్రోడ్ చుట్టూ స్థిరమైన, అధిక స్థానిక pHకి దారి తీస్తుంది.ఇంటర్‌లేయర్ స్పేస్ ఆప్టిమైజేషన్, ఇది CO2 రవాణా మరియు శోషణను మెరుగుపరుస్తుంది, అటువంటి రూపకల్పనలో కూడా ముఖ్యమైనది (124).ఇటీవల, కార్బన్ నానోట్యూబ్‌లు వాటి అధిక సారంధ్రత, మంచి వాహకత మరియు హైడ్రోఫోబిసిటీ కారణంగా GDEలలో కూడా విలీనం చేయబడ్డాయి, ఇవి ఎలక్ట్రాన్ మరియు సామూహిక రవాణాను సులభతరం చేయగలవు (77).

ECRపై ఉత్తేజకరమైన పురోగతి ఉన్నప్పటికీ, తక్కువ-ధర, పెద్ద-స్థాయి C2+ ఉత్పత్తి ఉత్పత్తి కోసం వ్యూహాలు చాలా అరుదుగా ఉన్నాయి (125).ఈ దశలో, ECR యొక్క ప్రతిచర్య విధానాలను అర్థం చేసుకోవడానికి మరియు ఈ ఆశాజనక సాంకేతికతను వాణిజ్యీకరించడానికి సవాళ్లు మరియు అవకాశాలు ఏకకాలంలో ఉంటాయి.

కార్బన్ లూప్‌ను మూసివేయడానికి మరియు గాలి మరియు సౌర వంటి అడపాదడపా పునరుత్పాదక శక్తిని నిల్వ చేయడానికి ఒక సొగసైన పరిష్కారంగా, గత దశాబ్దాలలో సమర్థవంతమైన CO2 మార్పిడిని సాధించడానికి గణనీయమైన పురోగతి సాధించబడింది.ECRతో అనుబంధించబడిన ప్రక్రియల అవగాహన దాని ప్రారంభ రోజుల నుండి చాలా ముందుకు వచ్చింది (126), C2+ ఉత్పత్తుల వైపు ECR ద్వారా C─C కలపడం ఇప్పటికీ ఆచరణాత్మక అనువర్తనానికి సిద్ధంగా లేదు.ఈ సమీక్షలో, ఫైన్-క్యాటలిస్ట్ ట్యూనింగ్, ఎలక్ట్రోలైట్ ఎఫెక్ట్స్, ఎలక్ట్రోకెమికల్ పరిస్థితులు మరియు ఎలక్ట్రోకెమికల్ ఎలక్ట్రోడ్/రియాక్టర్ డిజైన్‌తో సహా ECR ద్వారా C2+ ఉత్పత్తుల కోసం ఎంపిక మరియు ఉత్పత్తి రేటును ప్రోత్సహించగల ప్రస్తుత వ్యూహాలను మేము వివరంగా పరిశీలించాము.

ECR కోసం అన్ని ప్రయత్నాలు చేసినప్పటికీ, ECRని వాణిజ్యీకరించే ముందు పరిష్కరించాల్సిన ప్రస్తుత ఉత్ప్రేరకాలు మరియు ECR వ్యవస్థతో ఇంకా అనేక సమస్యలు ఉన్నాయి.మొదటిది, సమర్థవంతమైన C─C కప్లింగ్‌ను గ్రహించడానికి ఆధిపత్య ఉత్ప్రేరకంగా, Cu తీవ్రమైన స్థిరత్వ సమస్యలతో బాధపడుతోంది, ముఖ్యంగా సజల ఎలక్ట్రోలైట్‌లో, మరియు ECR పరిస్థితులలో వాటి అధిక పరమాణు చలనశీలత, కణ సముదాయం మరియు నిర్మాణ క్షీణత కారణంగా అరుదుగా 100 గంటలపాటు జీవించగలదు.అందువల్ల, Cu-ఆధారిత ఉత్ప్రేరకం ఉపయోగించి దీర్ఘ-కాల స్థిరత్వాన్ని ఎలా సాధించాలి అనేది ఇప్పటికీ బహిరంగ సవాలు.బలమైన పరస్పర చర్యతో నిర్దిష్ట మద్దతుపై Cu-ఆధారిత ఉత్ప్రేరకం ఎంకరేజ్ చేయడం అనేది ఉత్ప్రేరకం నిర్మాణం/స్వరూపాన్ని సంరక్షించడానికి నమ్మదగిన వ్యూహం కావచ్చు మరియు తద్వారా మెరుగైన జీవిత కాలాన్ని అందిస్తుంది.ఇంకా, ECR సమయంలో సజల ద్రావణాన్ని భర్తీ చేయడానికి పాలిమర్ మెమ్బ్రేన్ ఎలక్ట్రోలైట్‌ని ఉపయోగించడం బహుశా Cu-ఆధారిత ఉత్ప్రేరకం యొక్క స్థిరత్వాన్ని మరింత మెరుగుపరుస్తుంది.అదనంగా, ఉత్ప్రేరకాల దృక్కోణం నుండి, ఉత్ప్రేరక పనితీరు క్షీణతను పర్యవేక్షించడానికి మరియు అర్థం చేసుకోవడానికి సిటు/ఇన్ ఒపెరాండో క్యారెక్టరైజేషన్ పద్ధతులు మరియు సైద్ధాంతిక మోడలింగ్‌ను కూడా ఉపయోగించాలి, తద్వారా ఉత్ప్రేరకం యొక్క క్షీణత మరియు విషాన్ని అత్యల్ప స్థాయికి అణిచివేస్తుంది.ECR ఉత్ప్రేరకాల యొక్క మరొక ముఖ్యమైన సమస్య ఏమిటంటే, సంశ్లేషణ ప్రోటోకాల్‌ను భారీ ఉత్పత్తికి ఆచరణీయంగా చేయడం.దీని కోసం, విస్తృతంగా అందుబాటులో ఉన్న ఫీడ్‌స్టాక్‌లను ఉపయోగించి సింథటిక్ విధానాలను క్రమబద్ధీకరించడం ప్రాధాన్యతనిస్తుంది.

రెండవది, ECR నుండి ఉత్పత్తి చేయబడిన C2+ ఆక్సిజనేట్ సాధారణంగా సాంప్రదాయ H- లేదా ఫ్లో-సెల్ రియాక్టర్‌ల కోసం ఎలక్ట్రోలైట్‌లో ద్రావణాలతో (ఉదా, KHCO3 మరియు KOH) కలుపుతారు, అయితే, స్వచ్ఛమైన ద్రవ ఇంధన పరిష్కారాలను తిరిగి పొందడానికి అదనపు విభజన మరియు ఏకాగ్రత ప్రక్రియలు అవసరం. ఆచరణాత్మక అప్లికేషన్లు.అదే సమయంలో, పరిణామం చెందిన C2+ హైడ్రోకార్బన్‌లు కూడా H2 మరియు అవశేష CO2తో మిళితం చేయబడతాయి.అందువల్ల, ప్రస్తుత ECR సాంకేతికతకు ఖరీదైన విభజన ప్రక్రియ ఎంతో అవసరం, ఇది ఆచరణాత్మక అనువర్తనం నుండి ECRని మరింత అడ్డుకుంటుంది.అందువల్ల, నేరుగా మరియు నిరంతరంగా స్వచ్ఛమైన ద్రవ ఇంధన పరిష్కారాలను మరియు స్వచ్ఛమైన గ్యాస్ హైడ్రోకార్బన్‌లను ఎలా ఉత్పత్తి చేయాలి, ముఖ్యంగా అధిక ఉత్పత్తి సాంద్రతలతో, ECR యొక్క ఆచరణాత్మక విస్తరణకు అత్యంత కావాల్సినది.ఈ విధంగా మేము సమీప భవిష్యత్తులో ECR ద్వారా స్వచ్ఛమైన ఉత్పత్తుల యొక్క ప్రత్యక్ష ఉత్పత్తి యొక్క ప్రాముఖ్యతను అంచనా వేస్తున్నాము, ఇది ECR సాంకేతికతను మార్కెట్‌కి చాలా దగ్గరగా తీసుకువెళ్లవచ్చు (127).

మూడవది, ECR సాంకేతికతలో ఇథనాల్, ఎసిటిక్ యాసిడ్ మరియు ఇథిలీన్ వంటి C─O మరియు C─H బంధాల ఏర్పాటు చాలా ఎక్కువగా అధ్యయనం చేయబడింది, ECR సాంకేతికతకు ఇతర రకాల ఉత్పత్తుల అన్వేషణ కూడా ముఖ్యమైనది మరియు ఆర్థిక ఆసక్తిని చూపుతుంది.ఉదాహరణకు, ఇటీవల, హాన్ మరియు సహోద్యోగులు (128) ECR ద్వారా 2-బ్రోమోఎథ్నాల్ ఉత్పత్తిని నివేదించారు.C─Br బంధం యొక్క సిటు నిర్మాణం ఉత్పత్తిని ఇథనాల్ నుండి 2-బ్రోమోఎథ్నాల్‌గా మారుస్తుంది, ఇది రసాయన మరియు ఔషధ సంశ్లేషణలో ముఖ్యమైన బిల్డింగ్ బ్లాక్ మరియు అధిక అదనపు విలువను చూపుతుంది.అందువల్ల, ప్రస్తుతం బాగా అధ్యయనం చేయబడిన C2+ ఉత్పత్తులకు మించి, ఆక్సాలిక్ యాసిడ్ (129) వంటి అరుదుగా అన్వేషించబడిన ఇతర ఉత్పత్తులను లక్ష్యంగా చేసుకోవడం మరియు చక్రీయ సమ్మేళనాల వంటి మరింత సంక్లిష్టమైన C2+ అణువుల సంశ్లేషణ భవిష్యత్తు ECR పరిశోధనకు మరొక ఆశాజనక మార్గం అని మేము నమ్ముతున్నాము.

చివరిది కాని, ECR ఉత్పత్తి రేటును వాణిజ్య స్థాయికి (>200 mA cm−2) పెంచడానికి జలనిరోధిత GDE, ద్రవ-ప్రవాహ కణాలు మరియు PEM సెల్ వంటి నవల ఎలక్ట్రోడ్ మరియు రియాక్టర్ డిజైన్‌లను విస్తృతంగా స్వీకరించాలి.అయినప్పటికీ, పూర్తి సెల్ పరీక్షకు ఎలక్ట్రోక్యాటలిస్ట్‌లను వర్తింపజేసినప్పుడు ఎలక్ట్రోక్యాటలిటిక్ చర్యలో పెద్ద వ్యత్యాసం ఎల్లప్పుడూ గమనించబడుతుంది.అందువల్ల, ల్యాబ్-స్కేల్ పరీక్ష నుండి ఆచరణాత్మక ఉపయోగానికి ECRని తీసుకురావడానికి సగం-కణ అధ్యయనాలు మరియు పూర్తి-కణ పరికర అప్లికేషన్ మధ్య అంతరాన్ని తగ్గించడానికి మరింత క్రమబద్ధమైన అధ్యయనాలు నిర్వహించాలి.

సారాంశంలో, మానవ కార్యకలాపాల ద్వారా విడుదలయ్యే గ్రీన్హౌస్ వాయువుల నుండి పర్యావరణ సమస్యను ఎదుర్కోవటానికి ఎలక్ట్రోకెమికల్ CO2 తగ్గింపు మనకు మంచి అవకాశాన్ని అందిస్తుంది.పునరుత్పాదక శక్తిని ఉపయోగించి స్వచ్ఛమైన ఇంధనాలు మరియు రసాయనాలను సాధించే అవకాశాన్ని కూడా ఇది చూపుతుంది.ప్రస్తుత దశలో ECR సాంకేతికతకు అనేక సవాళ్లు మిగిలి ఉండగా, ప్రత్యేకించి C─C కలపడం ప్రక్రియ కోసం, ఉత్ప్రేరకం ఆప్టిమైజేషన్ మరియు సెల్ పర్ఫెక్షన్ రెండింటిపై నిరంతర పరిశోధన మరియు అభివృద్ధితో, స్వచ్ఛమైన ఇంధనం కోసం వాస్తవ-ప్రపంచ CO2 విద్యుద్విశ్లేషణ దృక్పథం ఉందని నమ్ముతారు. మరియు రసాయనాలు సమీప భవిష్యత్తులో గ్రహించబడతాయి.

ఇది క్రియేటివ్ కామన్స్ అట్రిబ్యూషన్-నాన్ కమర్షియల్ లైసెన్స్ నిబంధనల ప్రకారం పంపిణీ చేయబడిన ఓపెన్-యాక్సెస్ కథనం, ఇది ఏ మాధ్యమంలోనైనా ఉపయోగం, పంపిణీ మరియు పునరుత్పత్తిని అనుమతిస్తుంది, ఫలితంగా ఉపయోగం వాణిజ్య ప్రయోజనం కోసం కాదు మరియు అసలు పని సరిగ్గా ఉంటే ఉదహరించారు.

గమనిక: మేము మీ ఇమెయిల్ చిరునామాను మాత్రమే అభ్యర్థిస్తాము, తద్వారా మీరు పేజీని సిఫార్సు చేస్తున్న వ్యక్తి మీరు దానిని చూడాలనుకుంటున్నారని మరియు అది జంక్ మెయిల్ కాదని తెలుసుకుంటారు.మేము ఏ ఇమెయిల్ చిరునామాను క్యాప్చర్ చేయము.

© 2020 అమెరికన్ అసోసియేషన్ ఫర్ ది అడ్వాన్స్‌మెంట్ ఆఫ్ సైన్స్.అన్ని హక్కులు ప్రత్యేకించబడ్డాయి.AAAS HINARI, AGORA, OARE, CHORUS, CLOCKSS, CrossRef మరియు COUNTERకి భాగస్వామి. సైన్స్ అడ్వాన్సెస్ ISSN 2375-2548.