电解液调控CO2电催化还原性能微观机制的研究进展

doi:10.7503/cjcu20220238

摘要/Abstract

摘要：

二氧化碳(CO₂)排放导致了严重的温室效应, 但作为重要的碳资源, CO₂电催化还原合成化学品因反应条件温和、反应产物可调及可有效利用分布式电能等优势而备受关注. 在该反应体系中, 电解液作为反应介质, 可提供质子和反应微环境, 影响分子/离子传输. 因此, 构建新型电解液体系对于提高CO₂电催化还原产物的选择性和电流密度起到重要作用. 本文综合评述了CO₂电催化还原过程中电解液的作用和研究现状, 重点总结了水系电解液中阴阳离子(碱金属阳离子、卤素离子等)和离子液体电解液对CO₂溶解度、界面双电层结构(pH值、电场效应)和中间体稳定性等的影响机制, 揭示了其调控对反应产物的选择性、电流密度等的影响规律. 最后, 对电解液调控CO₂电催化还原性能的研究进行了展望.

关键词: 二氧化碳电催化还原, 微观作用机制, 水系电解液, 离子液体

Abstract:

CO₂ emissions lead to serious greenhouse effect. However， as an important carbon resource， conversion of CO₂ into useful chemicals by electrochemical CO₂ reduction reaction（CO₂RR） have attracted much attention due to mild reaction conditions， adjustable reaction products， and effective utilization of distributed electric energy. In the electrochemical reaction systems， electrolyte as the reaction medium can provide protons and reaction microenvironment and affect the molecule/ion transportation. Therefore， the construction of new electrolyte systems plays an important role in improving product selectivity and current density for CO₂RR. This paper mainly reviews recent research progress of the role of electrolytes for the CO₂RR， and summarizes emphatically the effects of ions（alkali metal ions， halide ions， etc.） in aqueous solutions and ionic liquid electrolytes on CO₂ solubility， interfacial electric double layer structures（pH value， electric field effect）， and intermediate stability. This paper reveals the influence mechanism of the electrolytes on the selectivity of reaction products and current density， which provide guidance for the design of new electrolyte systems for the CO₂RR.

Key words: CO₂ Electrochemical reduction, Microscopic interaction mechanism, Aqueous electrolyte, Ionic liquids

中图分类号:

O646

TrendMD:

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图/表 6

Fig.1 Buffering effect of alkali cations(A)[35] and the rate of OH- formation from water electrolysis affects the interfacial CO2 concentration(B)[36]（A） Copyright 2016， the American Chemical Society；（B） Copyright 2020， the American Chemical Society.

Fig.4 Reaction path of electrochemical catalytic CO2 to CO by [Emim][BF4][73]Green arrows represent the thermodynamically favorable pathway； red arrows represent unfavorable ones. Copyright 2015， the Royal Society of Chemistry.

Fig.5 Effects of different interfacial structures for the diffusion of CO2[84]（A，B） Schematic diagram of molecular simulation system；（C） different ionic structures；（D，E） PMF curves of ［Emim］［BF4］ and ［Emim］［NO3］ and two?dimensional density distribution of anions. Copyright 2020， Wiley?VCH.

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电解液调控CO₂电催化还原性能微观机制的研究进展

Research Progress for the Role of Electrolytes in the CO₂ Electrochemical Reduction

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