The electrocatalytic reduction of c

The electrocatalytic reduction of carbon dioxide, powered by renewable electricity,to produce valuable fuels and feedstocks provides a sustainable and carbon-neutralapproach to the storage of energy produced by intermittent renewable sources1.However, the highly selective generation of economically desirable products such asethylene from the carbon dioxide reduction reaction (CO2RR) remains a challenge2.Tuning the stabilities of intermediates to favour a desired reaction pathway canimprove selectivity3–5, and this has recently been explored for the reaction on copperby controlling morphology6, grain boundaries7, facets8, oxidation state9 anddopants10. Unfortunately, the Faradaic efciency for ethylene is still low in neutralmedia (60 per cent at a partial current density of 7 milliamperes per square centimetrein the best catalyst reported so far9), resulting in a low energy efciency. Here wepresent a molecular tuning strategy—the functionalization of the surface ofelectrocatalysts with organic molecules—that stabilizes intermediates for moreselective CO2RR to ethylene. Using electrochemical, operando/in situ spectroscopicand computational studies, we investigate the infuence of a library of molecules,derived by electro-dimerization of arylpyridiniums11, adsorbed on copper. We fndthat the adhered molecules improve the stabilization of an ‘atop-bound’ COintermediate (that is, an intermediate bound to a single copper atom), therebyfavouring further reduction to ethylene. As a result of this strategy, we report theCO2RR to ethylene with a Faradaic efciency of 72 per cent at a partial current densityof 230 milliamperes per square centimetre in a liquid-electrolyte fow cell in a neutralmedium. We report stable ethylene electrosynthesis for 190 hours in a system basedon a membrane-electrode assembly that provides a full-cell energy efciency of 20per cent. We anticipate that this may be generalized to enable molecular strategies tocomplement heterogeneous catalysts by stabilizing intermediates through localmolecular tuning.

ผลลัพธ์ (ไทย) 1:

การลดการปล่อยก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์ด้วยไฟฟ้าซึ่งขับเคลื่อนด้วยไฟฟ้าหมุนเวียนเพื่อผลิตเชื้อเพลิงและวัตถุดิบตั้งต้นที่มีคุณค่า ทำให้เกิดแนวทางที่ยั่งยืนและเป็นกลางต่อคาร์บอนในการจัดเก็บพลังงานที่ผลิตโดยแหล่งหมุนเวียนที่ไม่ต่อเนื่อง1 อย่างไรก็ตาม การเลือกสรรผลิตภัณฑ์ที่ต้องการเชิงเศรษฐกิจ เช่นเอทิลีนจากปฏิกิริยาการลดคาร์บอนไดออกไซด์ (CO2RR) ยังคงเป็นความท้าทาย2 การปรับความเสถียรของตัวกลางเพื่อให้เป็นไปตามวิถีปฏิกิริยาที่ต้องการสามารถปรับปรุงการเลือกสรรและสิ่งนี้ได้รับการสำรวจเมื่อเร็ว ๆ นี้สำหรับปฏิกิริยากับทองแดงโดยการควบคุมสัณฐานวิทยาขอบเขตของเกรน , แง่มุม 8 , สถานะออกซิเดชัน 9 และสารเจือปน น่าเสียดายที่ประสิทธิภาพของฟาราดาอิกสำหรับเอทิลีนยังคงต่ำในตัวกลางที่เป็นกลาง (ร้อยละ 60 ที่ความหนาแน่นกระแสไฟฟ้าบางส่วนที่ 7 มิลลิแอมแปร์ต่อตารางเซนติเมตรในตัวเร่งปฏิกิริยาที่ดีที่สุดที่มีการรายงานจนถึงขณะนี้) ส่งผลให้ประสิทธิภาพพลังงานต่ำ ที่นี่เรานำเสนอกลยุทธ์การปรับโมเลกุล—การทำงานของพื้นผิวของตัวเร่งปฏิกิริยาด้วยไฟฟ้าด้วยโมเลกุลอินทรีย์—ที่ทำให้ตัวกลางมีความเสถียรสำหรับCO2RR ที่เลือกสรรมากขึ้นไปยังเอทิลีน ด้วยการใช้เคมีไฟฟ้าการศึกษาสเปกโทรสโกปีแบบโอเปอรันโด / ในแหล่งกำเนิด และการคำนวณ เราตรวจสอบอิทธิพลของห้องสมุดของโมเลกุลที่ได้มาจากการลดขนาดด้วยไฟฟ้าของ arylpyridiniums ที่ดูดซับบนทองแดง เราพบว่าโมเลกุลที่เกาะติดกันปรับปรุงความเสถียรของสารตัวกลาง CO 'บนยอด' (นั่นคือ สารตัวกลางที่จับกับอะตอมทองแดงเดี่ยว) ดังนั้นจึงนิยมลดเอทิลีนลงไปอีก จากกลยุทธ์นี้ เรารายงาน CO2RR ไปยังเอทิลีนที่มีประสิทธิภาพฟาราดาอิกที่ 72 เปอร์เซ็นต์ที่ความหนาแน่นกระแสบางส่วน230 มิลลิแอมแปร์ต่อตารางเซนติเมตรในเซลล์ fow ของเหลว-อิเล็กโทรไลต์ในตัวกลางที่เป็นกลาง เรารายงานการสังเคราะห์ด้วยไฟฟ้าของเอทิลีนที่เสถียรเป็นเวลา 190 ชั่วโมงในระบบที่ใช้ส่วนประกอบอิเล็กโทรดแบบเมมเบรนที่ให้ประสิทธิภาพพลังงานเต็มเซลล์ที่ 20 เปอร์เซ็นต์ เราคาดหวังว่าสิ่งนี้อาจเป็นเรื่องทั่วไปเพื่อให้กลยุทธ์ระดับโมเลกุลสามารถเสริมตัวเร่งปฏิกิริยาที่ต่างกันโดยทำให้ตัวกลางมีความเสถียรผ่านการปรับโมเลกุล ในท้องถิ่น

ผลลัพธ์ (ไทย) 2:

การลดตัวเร่งปฏิกิริยาด้วยไฟฟ้าของก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์ที่ขับเคลื่อนด้วยพลังงานหมุนเวียน
การผลิตเชื้อเพลิงและวัตถุดิบที่มีคุณค่าช่วยให้คาร์บอนมีความเป็นกลางอย่างยั่งยืน
วิธีการจัดเก็บพลังงานที่เกิดจากพลังงานทดแทนเป็นระยะ ๆ 1
。
อย่างไรก็ตามการเลือกใช้ผลิตภัณฑ์ที่เหมาะทางเศรษฐกิจสูงเช่น
เอทิลีนจากปฏิกิริยาลดคาร์บอนไดออกไซด์ (CO2RR) ยังคงเป็นความท้าทาย 2
。
การปรับเสถียรภาพของตัวกลางเพื่อให้เอื้อต่อเส้นทางปฏิกิริยาที่ต้องการสามารถ
เพิ่มการเลือก 3-5
,ซึ่งเมื่อเร็วๆ นี้ได้นำมาใช้ในการทำปฏิกิริยากับทองแดง
โดย ControlForm 6
,ขอบเขตของเมล็ดข้าว 7
, ใบหน้า 8
,สถานะออกซิเดชัน 9
และ
เจือปน 10 แต่น่าเสียดายที่ฟาราเดย์ของเอทิลีนยังคงมีประสิทธิภาพต่ำในสภาพที่เป็นกลาง
ปานกลาง (ความหนาแน่นของกระแสแยก 7 mAh ต่อตารางเซนติเมตรคือ 60%
ตัวเร่งปฏิกิริยาที่ดีที่สุดที่รายงานถึงวันที่ 9
),ส่งผลให้ประสิทธิภาพการใช้พลังงานต่ำ ให้เรา
มีกลยุทธ์การปรับระดับโมเลกุล
el

ผลลัพธ์ (ไทย) 3:

การลดตัวเร่งปฏิกิริยาคาร์บอนไดออกไซด์ด้วยไฟฟ้าหมุนเวียน
การผลิตเชื้อเพลิงและวัตถุดิบที่มีคุณค่าให้คาร์บอนที่ยั่งยืนและเป็นกลาง
วิธีการจัดเก็บพลังงานที่ผลิตโดยพลังงานทดแทนเป็นระยะๆ1
. .
อย่างไรก็ตามการคัดเลือกสูงในการผลิตผลิตภัณฑ์ที่เหมาะสมทางเศรษฐกิจ
เอทิลีนจากปฏิกิริยาการลดก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์( co2RR )ยังคงเป็นความท้าทาย2
. .
การปรับเสถียรภาพของตัวกลางเพื่อให้เกิดปฏิกิริยาที่ต้องการสามารถทําได้
เพิ่มความสามารถในการคัดเลือก3-5
,นี่คือปฏิกิริยาของทองแดงที่ศึกษาเมื่อเร็วๆนี้
โดยการควบคุมภูมิประเทศ 6
, ขอบเขตของธัญพืช 7
, facets8
, สภาพออกซิเดชั่น 9
และ
ดอปแอนท์ 10 . แต่น่าเสียดายที่ประสิทธิภาพของฟาราเดย์ของเอธิลีนยังคงต่ําเมื่อเป็นกลาง
สื่อ( 60 %ที่ความหนาแน่นของกระแสในท้องถิ่น7มิลลิเมตรต่อตารางเซนติเมตร
ในตัวเร่งปฏิกิริยาที่ดีที่สุดที่รายงานมาจนถึงปัจจุบัน 9
) นําไปสู่ประสิทธิภาพการใช้พลังงานต่ํา. พวกเราอยู่นี่
มีการเสนอกลยุทธ์การควบคุมโมเลกุล-การทํางานของพื้นผิว
ตัวเร่งปฏิกิริยาไฟฟ้าที่มีโมเลกุลอินทรีย์-เสถียรภาพของตัวกลางมากขึ้น
การคัดเลือกco 2ลดลงเป็นเอทิลีน ใช้ไฟฟ้าเคมีสเปกตรัมการทํางาน/ในสถานที่
และการศึกษาเชิงคํานวณ เราศึกษาผลกระทบของห้องสมุดโมเลกุล,
ได้รับการดูดซับด้วยไฟฟ้าของอะโรมาติกไฮโดรคาร์บอน11ที่ดูดซับทองแดง เราเจอมันแล้ว
โมเลกุลที่ยึดติดช่วยเพิ่มเสถียรภาพของco "topbinding"
ตัวกลาง (นั่นคือตัวกลางที่ผูกพันกับอะตอมทองแดงเดียว) ดังนั้น
ส่งเสริมการลดลงของเอธิลีนต่อไป เพราะกลยุทธ์นี้เราได้รายงาน
คาร์บอนไดออกไซด์ถูกแปลงเป็นเอธิลีน ประสิทธิภาพของฟาราเดย์อยู่ที่ 72 % ที่ความหนาแน่นกระแสบางส่วน
230มิลลิเมตรต่อตารางเซนติเมตรในแบตเตอรี่อิเล็กโทรไลต์เหลวที่เป็นกลาง
ปานกลาง. เรารายงานว่ามันขึ้นอยู่กับ
ในชุดอิเล็กโทรดเมมเบรนที่ให้ประสิทธิภาพการใช้พลังงานของแบตเตอรี่เต็ม20
เปอร์เซ็นต์. เราคาดว่าสิ่งนี้สามารถขยายเพื่อให้กลยุทธ์โมเลกุลสามารถ
ตัวเร่งปฏิกิริยาหลายเฟสเสริมด้วยตัวกลางที่มีเสถียรภาพในท้องถิ่น
การปรับแต่งโมเลกุล.