금속-유기 계면을 통해 이산화탄소 전기분해의 선택성을 아세테이트로 유도

중국과학원(CAS) 산하 다롄 화학물리연구소(DICP) 연구원들이 실시한 최근 ​​연구에서는 아세테이트 생산을 위한 일산화탄소(CO) 전기분해의 선택성을 향상시키는 새로운 접근 방식을 제시했습니다. 연구진은 원하는 화학 반응을 유도하는 미세 반응 환경을 만드는 데 효과적인 것으로 입증된 금속-유기 인터페이스를 만들어 이를 달성했습니다.

전통적으로 알칼리성 CO2 전기분해는 낮은 CO2 활용 효율 문제에 직면해 있었습니다. 이를 극복하기 위해 연구진은 고체 산화물 전기분해 또는 산성 CO2 전기분해를 결합하여 CO2를 생성하고 알칼리성 CO2 전기분해를 결합하여 에틸렌 및 아세테이트와 같은 CO2+ 생성물을 생성하는 직렬 전기분해 공정을 사용했습니다. 그러나 특정 C2+ 제품의 선택적 생산은 이 과정에서 여전히 과제로 남아 있습니다.

연구팀은 촉매 활성 부위 주변의 미세 환경을 미세 조정하여 분자 구리 복합체의 현장 전기화학적 재구성이라는 프로세스를 사용하여 유기 구리 인터페이스를 만들었습니다. 이러한 변형은 반응 미세 환경을 개선하고 특히 전류 밀도, 패러데이 효율 및 아세테이트 생산 수율 측면에서 우수한 촉매 성능을 가져왔습니다.

연구진은 알칼리성 막 전해조에서 구리 프탈로시아닌(CuPc) 전극을 사용하여 놀라운 결과를 얻었습니다. 500mA cm⁻²의 전류 밀도에서 84.2%의 인상적인 패러데이 아세테이트 효율과 92.1%의 아세테이트 탄소 선택성을 기록했습니다. 또한 그들은 605mA cm⁻²의 최대 아세테이트 부분 전류 밀도와 0.38mmol min⁻²의 형성 속도를 관찰하여 63.4%의 매우 높은 아세테이트 수율을 얻었습니다.

구리-유기 인터페이스는 CO2 흡착을 촉진하고, CC 결합의 에너지 장벽을 감소시키며, 다른 다중 탄소 생성물에 비해 아세트산(CH3COOH)의 형성을 촉진하는 데 중요한 역할을 했습니다. 이로 인해 아세테이트의 선택적 생산이 가능해졌으며, 반응 미세 환경을 맞춤화하기 위한 금속-유기 인터페이스 생성 가능성을 강조하고 CO2 전기분해에서 특정 C2+ 생성물의 고도로 선택적인 생산을 달성할 수 있었습니다.

이 연구는 이산화탄소 전기분해의 효율성과 선택성을 향상시킬 수 있는 새로운 가능성을 열어주고, 탄소 활용을 위한 지속 가능하고 효율적인 전기화학 공정 개발의 길을 열어줍니다.

잡지 참조:
롱(Rong), Y., 외. (2023). 이산화탄소 전기분해의 선택성을 아세테이트로 유도하여 금속-유기 계면을 구축합니다. 안지오안테 케미. doi.org/10.1002/anie.202309893.

신분증:
– 패러데이 효율: 전기화학 반응으로 인해 원하는 생성물의 실제 양과 이론량의 비율.
– 미세환경(Microenvironment): 반응 속도와 선택도에 영향을 줄 수 있는 촉매나 반응물을 둘러싼 즉각적인 환경입니다.

원천:
Donfeng Gao, 중국과학원 다롄 화학물리연구소 교수