Het gebruik van fossiele brandstoffen als energiedragers en grondstoffen bevordert de snelle ontwikkeling van de samenleving. Echter, de overmatige exploitatie van fossiele brandstoffen heeft geleid tot een energiecrisis en ongewenste veranderingen in het milieu. Vooral, een continue toename van CO ₂ concentratie in de atmosfeer, dat is> 400 ppm vandaag en zal naar schatting verdrievoudigen in 2040, kan leiden tot een reeks milieuproblemen, zoals de opwarming van de aarde, stijgende zeespiegel, en extremer weer. Daarom, CO . snijden ₂ emissies en de ontwikkeling van overvloedige hernieuwbare energie zijn dringende behoeften en uitdagingen voor onze samenleving.

CO ₂ is niet alleen een van de belangrijkste broeikasgassen, maar ook een overvloedige, niet giftig, niet vlambaar, en hernieuwbare C1-bron. Elektrochemische omzetting van CO ₂ is een aantrekkelijke manier om CO . te recyclen ₂ tot producten met toegevoegde waarde en het mogelijk maken om elektrische energie in chemische vorm op te slaan. Als een belangrijk onderdeel in het elektrokatalyseproces, de elektrolyt interageert met de elektrode-oppervlakken, reactanten, en tussenproducten, die een sleutelrol speelt bij ladingtransport. Er zijn verschillende elektrolyten onderzocht om de ontwikkeling van CO . te bevorderen ₂ elektrochemische conversietechnologie.

Ionische vloeistoffen (IL's) zijn organische zouten die zijn samengesteld uit kationen en anionen met een smeltpunt onder 100 C. Velen van hen zijn vloeistoffen, zelfs bij kamertemperatuur. Het is aangetoond dat IL's de veelbelovende kandidaat-elektrolyten zijn voor de elektrochemische omzetting van CO ₂ vanwege hun unieke structurele kenmerken en fysieke eigenschappen, bijv. hoge opnamecapaciteit van CO ₂ , hoge intrinsieke ionische geleidbaarheid, en brede elektrochemische potentiële weduwen.

In een nieuw overzicht gepubliceerd in het in Peking gevestigde Nationale wetenschappelijke recensie , wetenschappers van het Instituut voor Chemie, Chinese Academie van Wetenschappen in Peking, China presenteert de nieuwste ontwikkelingen op het gebied van elektrochemische transformatie van CO ₂ in chemicaliën met toegevoegde waarde in op IL gebaseerde elektrolyten. Co-auteurs Xingxing Tan, Xiaofu zon, en Buxing Han volgen de geschiedenis van de ontwikkeling van CO ₂ elektrochemische transformatie in op IL gebaseerde elektrolyten; ze beoordelen ook het representatieve IL-systeem, elektrokatalysatoren, en reactorconfiguraties gebruikt in CO ₂ elektrochemische transformatie.

Deze wetenschappers schetsen eveneens de mogelijke ontwikkelingsrichtingen van op IL gebaseerde elektrolyten voor CO ₂ elektrochemische transformatie.

"Typisch, CO ₂ elektroreductie (CO ₂ ER) en CO ₂ elektro-organische transformatie (CO2EOT) zijn twee belangrijke routes om CO . om te zetten ₂ tot koolstofhoudende brandstoffen en chemicaliën met toegevoegde waarde. CO ₂ elektroreductie vertegenwoordigt een essentiële benadering voor CO ₂ gebruik, in welke CO ₂ kan worden omgezet in veel platformchemicaliën door de constructie van C-H-binding, zoals koolwaterstoffen, zuren, en alcoholen. In aanvulling, CO ₂ kan worden gebruikt als een van de reactanten om te reageren met verschillende substraten (bijv. alkenen, alkynen, ketonen, epoxiden, aziridines, of propargylamines) om carbonzuren te synthetiseren, cyclische carbonaten, en oxazolidinonderivaten door de constructie van C-C, CO, of C-N-bindingen, ", stellen ze in een artikel met de titel "Ionic Liquid-Based Electrolytes for CO ₂ Elektroreductie en CO ₂ Elektro-organische transformatie."

"Het typische systeem voor CO ₂ ER bestaat uit anode- en kathodecompartimenten gescheiden door een protonenuitwisselingsmembraan. Beide CO ₂ reductiereactie en HER vinden plaats aan de kathode die wordt aangedreven door elektrische energie over de katalysator. CO ₂ EOT wordt meestal uitgevoerd in onverdeelde cellen, " voegen ze toe. "De elektrolyt neemt de rol op zich van het transporteren van ladingssoorten. Studies hebben aangetoond dat IL's de initiële barrière van CO . kunnen verminderen ₂ omzetting door verlaging van de vormingsenergie van CO ₂ - tussenliggend. Bovendien, de concurrerende waterstofevolutiereactie (HER) zou kunnen worden onderdrukt in de aanwezigheid van IL's, wat gunstig kan zijn voor het verbeteren van de selectiviteit van CO ₂ conversie."

Syngas werd verkregen door superkritisch CO . te elektrolyseren ₂ en water in 1-butyl-3-methylimidazoliumhexafluorfosfaat ([Bmim]PF6) elektrolyt in 2004. De reductie van CO ₂ tot CO met een Faraday-efficiëntie (FE) van 96% werd bereikt in een elektrokatalytisch systeem met Ag-kathode en 18 mol% 1-ethyl-3-methylimidazoliumtetrafluorboraat ([Emim]BF4) elektrolytoplossing in 2011, die werd gemarkeerd als een belangrijke doorbraak in de ontwikkeling van IL-elektrolyten voor CO ₂ ER.

DMC is bijna het meest bestudeerde product van CO2EOT waarbij gebruik wordt gemaakt van IL's. "Elektrokatalytische fixatie van CO ₂ aan epoxiden of alcoholen om organische carbonaten op te leveren via vorming van C-O-bindingen kan het gebruik van toxisch fosgeen of CO vermijden, het verschaffen van een groene en atoomeconomieroute voor de synthese van organische carbonaten, ’ stellen ze.

"Verdere verbetering van de prestaties van de elektrochemische omzetting van CO ₂ kan worden bereikt door nieuwe functionele op IL gebaseerde elektrolyten te ontwerpen en innovatieve elektrokatalysatoren en geoptimaliseerde elektrode-/reactorconfiguraties te onderzoeken. Het zal ook van groot belang zijn om CO . te gebruiken ₂ als C1-synthon om meer diverse chemicaliën te bereiden door de constructie van verschillende soorten C-X-bindingen, zoals C-Si, CP, CS-obligaties, ' voorspellen de wetenschappers.

"De huidige vooruitgang van elektrochemische transformatie van CO ₂ moet het grote overpotentieel aanpakken, lage stroomdichtheid, onvoldoende productselectiviteit en dringende opbrengst, speciaal voor C2+ producten met toegevoegde waarde, " voegen ze toe. "IL's worden beschouwd als een groot potentieel voor CO ₂ conversie technologie. Elektrochemische transformatie van CO ₂ in op IL gebaseerde elektrolyt zal naar verwachting CO . integreren ₂ fixatie met duurzame elektriciteitsopslag, het verstrekken van een manier om de antropogene koolstofkringloop te sluiten."