(a) Curvas de voltametria cíclica para CO 2 redução em eletrodo de filme de carbono e eletrodo de nanofibras de carbono sem metal (CNFs). (b) Densidade de corrente absoluta para CO 2 redução em diferentes eletrodos em eletrólito puro [Emim] BF4. (c) Densidade de corrente para catalisador CNFs em relação a H 2 Fração molar de O (%) em [Emim] BF4. (d) Cronoamperograma para catalisador CNFs em [Emim] BF4 puro. (e) Diagrama esquemático proposto para CO 2 mecanismo de redução. Crédito:Science China Press
O uso de combustíveis fósseis como portadores de energia e matérias-primas promove o rápido desenvolvimento da sociedade. Contudo, a exploração excessiva de combustíveis fósseis deu origem a uma crise energética e a mudanças ambientais indesejáveis. Em particular, um aumento contínuo de CO 2 concentração na atmosfera, que é> 400 ppm hoje e estima-se que triplicará até 2040, pode resultar em uma série de questões ambientais, como o aquecimento global, elevação do nível do mar, e clima mais extremo. Portanto, corte de CO 2 emissões e o desenvolvimento de energia renovável abundante são necessidades e desafios urgentes para nossa sociedade.
CO 2 não é apenas um dos principais gases de efeito estufa, mas também abundante, não tóxico, não inflamável, e recurso C1 renovável. Conversão eletroquímica de CO 2 é uma maneira atraente de reciclar CO 2 em produtos de valor agregado e possibilitam o armazenamento de energia elétrica na forma química. Como um componente importante no processo de eletrocatálise, o eletrólito interage com as superfícies do eletrodo, reagentes, e intermediários, que desempenha um papel fundamental no transporte de carga. Diferentes eletrólitos têm sido explorados para promover o desenvolvimento de CO 2 tecnologia de conversão eletroquímica.
Líquidos iônicos (ILs) são sais orgânicos compostos de cátions e ânions com ponto de fusão abaixo de 100 C. Muitos deles são líquidos mesmo em temperatura ambiente. Os ILs demonstraram ser os eletrólitos candidatos muito promissores para a conversão eletroquímica de CO 2 devido às suas características estruturais e propriedades físicas únicas, por exemplo., alta capacidade de absorção de CO 2 , alta condutividade iônica intrínseca, e amplas viúvas de potencial eletroquímico.
Em uma nova visão geral publicada no National Science Review , cientistas do Instituto de Química, Academia Chinesa de Ciências em Pequim, China apresenta os últimos avanços na transformação eletroquímica de CO 2 em produtos químicos de valor agregado em eletrólitos à base de IL. Co-autores Xingxing Tan, Xiaofu Sun, e Buxing Han traçam a história do desenvolvimento de CO 2 transformação eletroquímica em eletrólitos baseados em IL; eles também revisam o sistema ILs representativo, eletrocatalisadores, e configurações de reator usadas em CO 2 transformação eletroquímica.
Esses cientistas também delineiam as direções potenciais de desenvolvimento de eletrólitos baseados em IL para CO 2 transformação eletroquímica.
"Tipicamente, CO 2 eletrredução (CO 2 ER) e CO 2 a transformação eletrogênica (CO2EOT) são duas rotas importantes para converter CO 2 em combustíveis carbônicos e produtos químicos de valor agregado. CO 2 eletrredução representa uma abordagem essencial para CO 2 utilização, em que CO 2 poderia ser transformado em muitos produtos químicos de plataforma através da construção da ligação C-H, como hidrocarbonetos, ácidos, e álcoois. Além disso, CO 2 pode ser usado como um dos reagentes para reagir com diferentes substratos (por exemplo, alcenos, alcinos, cetonas, epóxidos, aziridinas, ou aminas propargílicas) para sintetizar ácidos carboxílicos, carbonatos cíclicos, e derivados de oxazolidinona através da construção de C-C, C-O, ou ligações C-N, "eles afirmam em um artigo intitulado" Ionic Liquid-Based Electrolytes for CO 2 Eletrorredução e CO 2 Transformação eletrorrágica. "
"O sistema típico para CO 2 ER consiste em compartimentos de ânodo e cátodo separados por uma membrana de troca de prótons. Ambos CO 2 a reação de redução e HER ocorrem no cátodo conduzido por energia elétrica sobre o catalisador. CO 2 EOT é geralmente realizado em células não divididas, ", acrescentam." O eletrólito assume o papel de transportar espécies de carga. Estudos demonstraram que ILs podem reduzir a barreira inicial de CO 2 conversão através da redução da energia de formação de CO 2 - intermediário. Além disso, a reação de evolução de hidrogênio competidor (HER) poderia ser suprimida na presença de ILs, o que pode ser favorável para melhorar a seletividade do CO 2 conversão."
Syngas foi obtido por eletrólise de CO supercrítico 2 e água em hexafluorofosfato de 1-butil-3-metilimidazólio ([Bmim] PF6) eletrólito em 2004. A redução de CO 2 para CO com uma eficiência Faradaica (FE) de 96% foi alcançada em um sistema eletrocatalítico com catodo de Ag e 18 mol% de eletrólito de solução de 1-etil-3-metilimidazólio tetrafluoroborato ([Emim] BF4) em 2011, que foi marcado como um avanço importante no desenvolvimento de eletrólitos IL para CO 2 ER.
DMC é quase o produto de CO2EOT mais estudado que envolve o uso de ILs. "Fixação eletrocatalítica de CO 2 a epóxidos ou álcoois para produzir carbonatos orgânicos via formação de ligação C-O pode evitar o uso de fosgênio tóxico ou CO, fornecendo um caminho de economia verde e atômica para a síntese de carbonatos orgânicos, "eles afirmam.
"Melhoria adicional no desempenho de conversão eletroquímica de CO 2 pode ser alcançado projetando novos eletrólitos funcionais baseados em IL e explorando eletrocatalisadores inovadores e configurações otimizadas de eletrodo / reator. Também será de grande importância usar o CO 2 como sinton C1 para preparar produtos químicos mais diversos pela construção de diferentes tipos de ligações C-X, como C-Si, C-P, Ligações C-S, "os cientistas previram.
"O atual avanço da transformação eletroquímica de CO 2 deve abordar o grande superpotencial, baixa densidade de corrente, seletividade de produto insatisfatória e rendimento urgente, especialmente para produtos C2 + de valor agregado, ", acrescentam." Os ILs são considerados como tendo grande potencial para CO 2 tecnologia de conversão. Transformação eletroquímica de CO 2 no eletrólito à base de IL, espera-se que integre CO 2 fixação com armazenamento de eletricidade renovável, fornecendo uma via para fechar o ciclo antropogênico do carbono. "
