(a) Curvas de voltamperometría cíclica para CO 2 reducción en electrodo de película de carbono y electrodo de nanofibras de carbono sin metal (CNF). (b) Densidad de corriente absoluta para CO 2 reducción en diferentes electrodos en electrolito puro [Emim] BF4. (c) Densidad de corriente para el catalizador de CNF con respecto a H 2 O fracción molar (%) en [Emim] BF4. (d) Cronoamperograma para el catalizador de CNF en [Emim] BF4 puro. (e) Diagrama esquemático propuesto para CO 2 mecanismo de reducción. Crédito:Science China Press
El uso de combustibles fósiles como portadores de energía y materias primas promueve el rápido desarrollo de la sociedad. Sin embargo, la explotación excesiva de combustibles fósiles ha provocado una crisis energética y cambios ambientales indeseables. En particular, un aumento continuo de CO 2 concentración en la atmósfera, que es> 400 ppm en la actualidad y se estima que se triplicará en 2040, puede resultar en una serie de problemas ambientales, como el calentamiento global, aumento del nivel del mar, y clima más extremo. Por lo tanto, corte de CO 2 Las emisiones y el desarrollo de abundante energía renovable son necesidades y desafíos urgentes para nuestra sociedad.
CO 2 no solo es uno de los principales gases de efecto invernadero, sino también un no tóxico, no es inflamable, y recurso C1 renovable. Conversión electroquímica de CO 2 es una forma atractiva de reciclar CO 2 en productos de valor añadido y permiten almacenar energía eléctrica en forma química. Como componente importante en el proceso de electrocatálisis, el electrolito interactúa con las superficies del electrodo, reactivos, e intermedios, que juega un papel clave en el transporte de carga. Se han explorado diferentes electrolitos para promover el desarrollo de CO 2 tecnología de conversión electroquímica.
Los líquidos iónicos (IL) son sales orgánicas compuestas por cationes y aniones con un punto de fusión por debajo de 100 C. Muchos de ellos son líquidos incluso a temperatura ambiente. Se ha demostrado que los IL son los electrolitos candidatos muy prometedores para la conversión electroquímica de CO 2 debido a sus características estructurales y propiedades físicas únicas, p.ej., alta capacidad de absorción de CO 2 , alta conductividad iónica intrínseca, y viudas de amplio potencial electroquímico.
En un nuevo resumen publicado en el periódico con sede en Beijing Revista Nacional de Ciencias , científicos del Instituto de Química, Academia de Ciencias de China en Beijing, China presenta los últimos avances en transformación electroquímica de CO 2 en productos químicos de valor agregado en electrolitos basados en IL. Coautores Xingxing Tan, Xiaofu Sun, y Buxing Han trazan la historia del desarrollo de CO 2 transformación electroquímica en electrolitos basados en IL; también revisan el sistema de IL representativo, electrocatalizadores, y configuraciones de reactor utilizadas en CO 2 transformación electroquímica.
Estos científicos también describen las posibles direcciones de desarrollo de los electrolitos basados en IL para el CO 2 transformación electroquímica.
"Típicamente, CO 2 electrorreducción (CO 2 ER) y CO 2 La transformación electroorgánica (CO2EOT) son dos rutas importantes para convertir CO 2 en combustibles carbónicos y químicos con valor agregado. CO 2 La electrorreducción representa un enfoque esencial para el CO 2 utilización, en el que CO 2 podría transformarse en muchos productos químicos de plataforma a través de la construcción de enlace C-H, como los hidrocarburos, ácidos y alcoholes. Además, CO 2 se puede utilizar como uno de los reactivos para reaccionar con diferentes sustratos (p. ej., alquenos, alquinos, cetonas epóxidos, aziridinas, o aminas propargílicas) para sintetizar ácidos carboxílicos, carbonatos cíclicos, y derivados de oxazolidinona mediante la construcción de C-C, CO, o enlaces C-N, ", afirman en un artículo titulado" Electrolitos de base líquida iónica para CO 2 Electrorreducción y CO 2 Transformación electroorgánica ".
"El sistema típico de CO 2 ER consta de compartimentos de ánodo y cátodo separados por una membrana de intercambio de protones. Ambos CO 2 La reacción de reducción y HER tienen lugar en el cátodo impulsado por energía eléctrica sobre el catalizador. CO 2 La EOT generalmente se realiza en células indivisas, ", añaden." El electrolito asume el papel de transportar especies de carga. Los estudios han demostrado que las IL podrían reducir la barrera inicial de CO 2 conversión mediante la reducción de la energía de formación de CO 2 - intermedio. Es más, la reacción de evolución de hidrógeno competitiva (HER) podría suprimirse en presencia de IL, que podría ser favorable para mejorar la selectividad del CO 2 conversión."
El gas de síntesis se obtuvo electrolizando CO supercrítico 2 y agua en electrolito de hexafluorofosfato de 1-butil-3-metilimidazolio ([Bmim] PF6) en 2004. La reducción de CO 2 a CO con una eficiencia faradaica (FE) del 96% en un sistema electrocatalítico con cátodo de Ag y 18% molar de electrolito en solución de tetrafluoroborato de 1-etil-3-metilimidazolio ([Emim] BF4) en 2011, que se marcó como un avance importante en el desarrollo de electrolitos IL para CO 2 ER.
DMC es casi el producto más estudiado de CO2EOT que implica el uso de IL. "Fijación electrocatalítica de CO 2 a epóxidos o alcoholes para producir carbonatos orgánicos a través de la formación de enlaces C-O puede evitar el uso de fosgeno tóxico o CO, proporcionar una vía ecológica y económica de átomos para la síntesis de carbonatos orgánicos, "afirman.
"Mayor mejora en el rendimiento de la conversión electroquímica de CO 2 se puede lograr diseñando nuevos electrolitos funcionales basados en IL y explorando electrocatalizadores innovadores y configuraciones optimizadas de electrodo / reactor. También será de gran importancia utilizar CO 2 como sintón C1 para preparar productos químicos más diversos mediante la construcción de diferentes tipos de enlaces C-X, como C-Si, C-P, Enlaces C-S, "pronostican los científicos.
"El avance actual de la transformación electroquímica de CO 2 debe abordar el gran sobrepotencial, baja densidad de corriente, selectividad de producto insatisfactoria y rendimiento urgente, especialmente para productos C2 + de valor agregado, ", añaden." Se considera que los IL ofrecen un gran potencial para el CO 2 tecnología de conversión. Transformación electroquímica de CO 2 en el electrolito basado en IL se espera que integre CO 2 fijación con almacenamiento de electricidad renovable, proporcionando una vía para cerrar el ciclo antropogénico del carbono ".
