High-purity ethylene production via indirect carbon dioxide electrochemical reduction

乙烯 电解 电解质 催化作用 电化学 二氧化碳电化学还原 材料科学 选择性 可逆氢电极 环氧乙烷 二氧化碳 化学 电极 工作电极 一氧化碳 有机化学 物理化学 聚合物 共聚物
作者
Wenpeng Ni,Houjun Chen,Naizhuo Tang,Ting Hu,Wei Zhang,Yan Zhang,Shiguo Zhang
出处
期刊:Nature Communications [Nature Portfolio]
卷期号:15 (1) 被引量:10
标识
DOI:10.1038/s41467-024-50522-7
摘要

Abstract High-purity ethylene production from CO 2 electroreduction (CO 2 RR) is a coveted, yet arduous feat because the product stream comprises a blend of unreacted CO 2 , H 2, and other off-target CO 2 reduction products. Here we present an indirect reduction strategy for CO 2 -to-ethylene conversion, one that employs 2-bromoethanol (Br-EO) as a mediator. Br-EO is initially generated from CO 2 RR and subsequently undergoes reduction to ethylene without the need for energy-intensive separation steps. The optimized AC-Ag/C catalyst with Cl incorporation reduces the energy barrier of the debromination step during Br-EO reduction, and accelerates the mass-transfer process, delivering a 4-fold decrease of the relaxation time constant. Resultantly, AC-Ag/C achieved a FE ethylene of over 95.0 ± 0.36% at a low potential of −0.08 V versus reversible hydrogen electrode (RHE) in an H-type cell with 0.5 M KCl electrolyte, alongside a near 100% selectivity within the range of −0.38 to −0.58 V versus RHE. Through this indirect strategy, the average ethylene purity within 6-hour electrolysis was 98.00 ± 1.45 wt%, at −0.48 V (vs RHE) from the neutralized electrolyte after CO 2 reduction over the Cu/Cu 2 O catalyst in a flow-cell.
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