(a) Cykliska voltammetrikurvor för CO 2 minskning av kolfilmelektrod och metallfri kolnanofibrer (CNF) -elektrod. (b) Absolut strömtäthet för CO 2 reduktion vid olika elektroder i ren [Emim] BF4 -elektrolyt. (c) Strömtäthet för CNF -katalysator med avseende på H 2 O molfraktion (%) i [Emim] BF4. (d) Kronoamperogram för CNF -katalysator i ren [Emim] BF4. (e) Föreslaget schematiskt diagram för CO 2 reduktionsmekanism. Upphovsman:Science China Press
Användningen av fossila bränslen som energibärare och råvaror främjar den snabba samhällsutvecklingen. Dock, överdrivet utnyttjande av fossila bränslen har lett till en energikris och oönskade miljöförändringar. Särskilt, en kontinuerlig ökning av CO 2 koncentration i atmosfären, vilket är> 400 ppm idag och beräknas tredubblas år 2040, kan leda till en rad miljöfrågor, som global uppvärmning, stigande havsnivåer, och mer extremt väder. Därför, skär CO 2 utsläpp och utveckling av riklig förnybar energi är brådskande behov och utmaningar för vårt samhälle.
CO 2 är inte bara en av de viktigaste växthusgaserna utan också en riklig mängd, giftfri, icke brandfarligt, och förnybar C1 -resurs. Elektrokemisk omvandling av CO 2 är ett attraktivt sätt att återvinna CO 2 till mervärdesprodukter och göra det möjligt att lagra elektrisk energi i kemisk form. Som en viktig komponent i elektrokatalysprocessen, elektrolyten interagerar med elektrodytorna, reaktanter, och mellanprodukter, som spelar en nyckelroll inom laddtransporter. Olika elektrolyter har undersökts för att främja utvecklingen av CO 2 elektrokemisk omvandlingsteknik.
Joniska vätskor (IL) är organiska salter som består av katjoner och anjoner med smältpunkten under 100 C. Många av dem är vätskor även vid rumstemperatur. IL har visat sig vara de mycket lovande kandidatelektrolyterna för den elektrokemiska omvandlingen av CO 2 på grund av deras unika strukturella egenskaper och fysiska egenskaper, t.ex., hög absorptionskapacitet för CO 2 , hög inneboende jonisk konduktivitet, och breda elektrokemiska potentiella änkor.
I en ny översikt publicerad i Beijing-baserade National Science Review , forskare vid Institute of Chemistry, Chinese Academy of Sciences i Peking, Kina presenterar de senaste framstegen inom elektrokemisk transformation av CO 2 till mervärdeskemikalier i IL-baserade elektrolyter. Medförfattare Xingxing Tan, Xiaofu Sun, och Buxing Han spåra historien om utvecklingen av CO 2 elektrokemisk transformation i IL-baserade elektrolyter; de granskar också representativa IL -system, elektrokatalysatorer, och reaktorkonfigurationer som används i CO 2 elektrokemisk transformation.
Dessa forskare beskriver också de potentiella utvecklingsriktningarna för IL-baserade elektrolyter för CO 2 elektrokemisk transformation.
"Vanligtvis, CO 2 elreducering (CO 2 ER) och CO 2 elektroorganisk transformation (CO2EOT) är två viktiga vägar för att omvandla CO 2 till mervärdeskullande bränslen och kemikalier. CO 2 electroreduction representerar ett viktigt tillvägagångssätt för CO 2 utnyttjande, där CO 2 kan omvandlas till många plattformskemikalier genom konstruktionen av CH-bindning, såsom kolväten, syror, och alkoholer. Dessutom, CO 2 kan användas som en av reaktanterna för att reagera med olika substrat (t.ex. alkener, alkyner, ketoner, epoxider, aziridiner, eller propargylsyra aminer) för att syntetisera karboxylsyror, cykliska karbonater, och oxazolidinonderivat genom konstruktion av C-C, C-O, eller C-N-bindningar, "står det i en artikel med titeln" Joniska vätskebaserade elektrolyter för CO 2 Elreducering och CO 2 Elektroorganisk transformation. "
"Det typiska systemet för CO 2 ER består av anod- och katodfack separerade av ett protonbytesmembran. Båda CO 2 reduktion och HER äger rum vid katoden som drivs av elektrisk energi över katalysatorn. CO 2 EOT utförs vanligtvis i odelade celler, "tillägger de." Elektrolyten åtar sig rollen att transportera laddningsarter. Studier har visat att IL kan minska den initiala barriären för CO 2 omvandling genom att sänka bildningsenergin för CO 2 - mellanliggande. Dessutom, den konkurrerande väteutvecklingsreaktionen (HER) kunde undertryckas i närvaro av IL, vilket kan vara gynnsamt för att förbättra selektiviteten av CO 2 omvandling."
Syngas erhölls genom elektrolysering av superkritisk CO 2 och vatten i 1-butyl-3-metylimidazoliumhexafluorfosfat ([Bmim] PF6) elektrolyt 2004. Minskning av CO 2 till CO med en faradaisk effektivitet (FE) på 96 % uppnåddes i ett elektrokatalytiskt system med Ag-katod och 18 mol % 1-etyl-3-metylimidazoliumtetrafluorborat ([Emim] BF4) lösningselektrolyt 2011, som markerades som ett viktigt genombrott i utvecklingen av IL -elektrolyter för CO 2 ER.
DMC är nästan den mest studerade produkten av CO2EOT som involverar användning av IL. "Elektrokatalytisk fixering av CO 2 till epoxider eller alkoholer för att ge organiska karbonater via C-O-bindningsbildning kan undvika användning av giftig fosgen eller CO, tillhandahålla en grön och atomekonomisk väg för syntesen av organiska karbonater, "konstaterar de.
"Ytterligare förbättring av prestanda för elektrokemisk omvandling av CO 2 kan uppnås genom att designa nya funktionella IL-baserade elektrolyter och utforska innovativa elektrokatalysatorer och optimerade elektrod/reaktorkonfigurationer. Det kommer också att vara av stor betydelse att använda CO 2 som C1-synton för att framställa mer olika kemikalier genom konstruktion av olika typer av C-X-bindningar, som C-Si, C-P, C-S-bindningar, "förutspår forskarna.
"Den nuvarande utvecklingen av elektrokemisk transformation av CO 2 bör hantera den stora överpotentialen, låg strömtäthet, otillfredsställande produktselektivitet och brådskande avkastning, särskilt för värdeskapande C2+ -produkter, "tillägger de." IL anses anses erbjuda stor potential för CO 2 konverteringsteknik. Elektrokemisk transformation av CO 2 i IL-baserad elektrolyt förväntas integrera CO 2 fixering med förnybar ellagring, tillhandahålla en väg för att stänga den antropogena kolcykeln. "
