Elektrokatalytische CO2-Reduktion durch Anreicherung von Reaktanten und Zwischenprodukten

1. August 2023

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von Chen Na, Chinesische Akademie der Wissenschaften

Der Einsatz der elektrokatalytischen Kohlendioxidreduktion zur Herstellung hochwertiger Multicarbon-Kraftstoffe (Ethylen, Ethanol, Essigsäure, n-Propanol) wird durch niedrige Selektivität und Umwandlungsraten erschwert und ihre Leistung erfüllt noch nicht die Anforderungen für die industrielle Produktion .

Ein wichtiges Hindernis für die Entwicklung dieser Technologie ist die geringe Löslichkeit und der niedrige Diffusionskoeffizient von Kohlendioxid in der wässrigen Phase sowie die Leichtigkeit, mit der Kohlendioxid mit Hydroxid in wässriger Lösung unter Bildung von Carbonaten reagiert. Dies führt zu geringen Konzentrationen von Kohlendioxid und Zwischenprodukten in der Nähe des katalytischen Zentrums, was die Umwandlung von Kohlendioxid in Multikohlenstoffprodukte stark einschränkt.

Vorhandene Studien haben gezeigt, dass die Anreicherung von CO2-Molekülen und kohlenstoffbasierten Zwischenprodukten in der Nähe des katalytischen Zentrums den Prozentsatz aktivierter Moleküle pro Volumeneinheit erhöhen und die effektive Kollision zwischen Molekülen verbessern kann, was die Reaktionsgeschwindigkeit beschleunigen und die Selektivität verbessern kann der Umwandlung von CO2 in Multicarbon-Produkte.

Ein Forschungsteam unter der Leitung von Prof. Gao Minrui von der University of Science and Technology of China (USTC) der Chinesischen Akademie der Wissenschaften hat jetzt in Chemical Society Reviews einen Übersichtsartikel mit dem Titel „Enrichment of Reactants and Intermediates for Electrocatalytic CO2 Reduction“ veröffentlicht.

Die Forscher fassten die Anreicherungsstrategien bei der CO2-Reduktionsreaktion systematisch in Bezug auf die Struktur und Eigenschaften von CO2-Molekülen, das Katalysatordesign, die Katalysatorrekonfiguration, die lokale Mikroumgebungsregulierung, die Elektrolytregulierung und die Optimierung von Elektrolysegeräten zusammen und analysierten die Mechanismen der Reaktanten eingehend und Zwischenproduktanreicherung in den verschiedenen Strategien von der makroskopischen bis zur mikroskopischen Ebene. Abschließend prognostizierten sie die Herausforderungen des Anreicherungseffekts bei der Förderung der CO2-Reduktion sowie seine zukünftige Entwicklung.

Mehr Informationen: Peng-Peng Yang et al., Anreicherung von Reaktanten und Zwischenprodukten für die elektrokatalytische CO2-Reduktion, Chemical Society Reviews (2023). DOI: 10.1039/D2CS00849A

Zeitschrifteninformationen:Rezensionen der Chemical Society

Zur Verfügung gestellt von der Chinesischen Akademie der Wissenschaften