Trade-Off between Redox Potential and the Strength of Electrochemical CO 2 Capture in Quinones

氧化还原 电化学 化学 碳纤维 光化学 纳米技术 材料科学 无机化学 物理化学 电极 复合数 复合材料
作者
Anna T. Bui,Niamh A. Hartley,Alex J. W. Thom,Alexander C. Forse
出处
期刊:Journal of Physical Chemistry C [American Chemical Society]
卷期号:126 (33): 14163-14172 被引量:73
标识
DOI:10.1021/acs.jpcc.2c03752
摘要

Electrochemical carbon dioxide capture has recently emerged as a promising alternative approach to conventional energy-intensive carbon capture methods. The most common electrochemical capture approach is to employ redox-active molecules such as quinones. Upon electrochemical reduction, quinones become activated for the chemical capture of CO2. The main disadvantage of this method is the possibility of side-reactions with oxygen, which is present in almost all gas mixtures of interest for carbon capture. This issue can potentially be mitigated by fine-tuning redox potentials through the introduction of electron-withdrawing groups on the quinone ring. In this article, we investigate the thermodynamics of the electron transfer and chemical steps of CO2 capture in different anthraquinone derivatives with a range of substituents. By combining density functional theory calculations and cyclic voltammetry experiments, we discover a trade-off between redox potentials and the strength of CO2 capture. We show that redox potentials can readily be tuned to more positive values to impart stability to oxygen, but as a consequence, significant decreases in CO2 binding free energies are observed. This trade-off must be taken into consideration for the design of improved redox active molecules for electrochemical CO2 capture.

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