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方法論記事

Ti3C2Tx MXene担持CuZnおよびNiCo触媒を使用したCO2および水からの太陽光発電電気化学グリーン燃料製造

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DOI:

10.3791/68870

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2025年11月7日

 ,  ,  ,  ,  ,  , 
1Institute for Materials Discovery, University College London, 2School of Materials Engineering, Purdue University, 3School of Mechanical Engineering, Purdue University

この記事について

サマリー

このプロトコルは、太陽エネルギーを使用して二酸化炭素と水からグリーン燃料を生産するためのMXene担持CuZnおよびNiCoバイメタル電極触媒の製造と電気化学的分析をガイドします。

要約

このプロトコルは、二酸化炭素還元のためのバイメタル、MXene担持カソード(CO2R)およびアルカリ性媒体中の太陽エネルギーを利用した水分解のための陽極の合成と活性マッピングを記述する。逆電流パルス電着技術を使用して、製造された電極のナノ構造、結晶粒微細化、および合金組成を制御しました。アノードとカソードはどちらも貴金属を含まず、2次元(2D)炭化チタン(Ti3C2Tx)MXeneで支持されているため、接触抵抗が低減され、触媒を介して基板から反応物への電荷移動が容易になります。Ti3C2T×MXeneに担持した銅亜鉛(CuZn)は、熱触媒によるCO2変換におけるメタノール製造のカソードとして使用されており、ここでは電気化学的CO2還元(CO2R)における性能を初めて実証しました。Ti3C2Tx MXeneに担持されたニッケルコバルト(NiCo)は、パルス電着によって同様に製造され、簡素化された実験室条件下で太陽電池によって駆動される水電気分解の陽極としてテストされます。この活動では、金属薄膜の構造特性評価についても説明しています。最先端のペロブスカイトシリコンタンデム太陽電池と電気化学電池を統合するための詳細なセットアップが、インラインガスクロマトグラフィーに供給される電気化学セルを、CO2Rと水電気分解(WE)の両方で実証しました。高苛性アルカリ溶液(30%KOH)、高温(60°C)、およびゼロギャップセルの商業条件での水の電気分解を詳述したセットアップは、Pt/Cスプレーコーティングされたカソードと組み合わせた製造されたアノードで実証されています。

概要

化石燃料をゼロエミッションの代替燃料に置き換えることは、エネルギー部門の脱炭素化と再生可能エネルギーの使用の増加に不可欠です1,2,3。二酸化炭素(CO2)を一酸化炭素(CO)、メタン(CH4)、その他の炭素質燃料に変換することは、さらなるCO2排出を防ぎ、循環型炭素経済を実現するための重要なルートになりつつあります4。同様に、化石燃料を高エネルギー密度の水素に置き換えることで、化石燃料からゼロエミッション燃料へのエネルギー転換が加速すると予測されています5,6,7,8。エネルギー生成システムは、直射日光9、10、11、12を使用することにより、さらに費用対効果が高く、環境に優しいものにすることができます。グリーンエネルギーへの移行は、特に社会的影響を高め、それによってゼロエミッション燃料の生成に関連する社会資本を増やすことにより、社会経済的にプラスの成果を生み出すことができます13。

太陽光発電による電気化学的還元 CO2 と水素生成14,15 に広範な研究が取り組まれてきました。銅ベースの材料は、CO2 削減に向けて優れた活性 (C2 生成物に対して >70% のファラダーック効率) を示しています 16,17,18,19。銅からなるバイメタルシステムは、ファラダイック効率(FE)と全体的な二酸化炭素変換率の向上につながります。主な課題は、高い過電位、低いファラダイック効率、および単一生成物の選択性です20。太陽光発電(PV)システムと電気化学反応を統合するには、持続可能な燃料生産速度を達成するために、電極触媒のファラダイック活性と太陽電池の最大電力点との間に重複が必要です21,22。NiおよびCoバイメタル系は、電流>100 mA/cm2 23,24で<600 mVの過電位があるため、アルカリ水電気分解用の高機能陽極として広く報告されています。産業上関連する電流での触媒の急速な劣化は、市販の陽極としての実行可能性を制限します。金属層と基板の間の界面の腐食による電解質誘発短絡は、水の電気分解をさらに遅くします25,26。

MXenesは、二次元(2D)遷移金属炭化物、窒化物、および炭窒化物の成長するファミリーであり、その独特の構造的および電子的特性により、電気化学的CO2R反応の有望な材料として浮上しています27,28。2011年に初めて発見されたMXenesは、主にバルク層のM + 1AXn相(ここでn = 1-4)に由来し、1つまたは複数の遷移金属(M、通常はグループ4〜6の層)で構成され、X層、炭素(C)、窒素(N)またはその両方(CN)、およびA基元素(通常はグループ13〜16)とインターリーブされています。それらの組成は、グループ4〜6の異なる遷移金属、Xサブ格子(C / N)を使用して調整することができ、Txは表面終端(例えば、-O、-OH、-F、-Cl)27、29、30を表す。CO2Rでは、MXenesは、その調整可能な表面化学、触媒活性部位、高い比表面積、および金属のような電気伝導性により、共触媒または担体として積極的に研究されています。

最近の理論研究では、MXeneをバイメタル原子または単一原子で装飾すると、電子構造を変調することにより、CO2Rの性能を大幅に向上させることができると予測されています。これらの設計戦略は、dバンド中心をシフトし、中間吸着エネルギーを変調し、速度決定ステップ31、32、33のギブス自由エネルギー障壁を下げます。たとえば、Mo2ZC2 MXenes (Z = Ti、V など) は、電気化学的 CO2RR における -HOCH2O 吸着を強化し、-OCH2O 結合を弱め、それによって Mo 原子の d バンド中心のアップシフトによる CH4 生成の制限電位を減少させることが示されています。別の研究では、CuをドープしたTi3C2Tx MXeneは、中間吸着と電子移動を促進する偏極サイトを導入することにより、HCOO生成に対して58.1%のファラダイック効率を達成しました。これらのいくつかの理論的研究は、CO2RR 経路の調整における MXene ベースのバイメタル触媒を探索する可能性を導きます。

ここでは、単純なワンポット電着により、CO2Rと水の電気分解用の3 C2Tx MXene陰極CuZn@TiとNiCo@Ti3C2Tx MXene陽極を合成しました。最適化された手順を使用して、pH制御により、それぞれ5〜100 mMの濃度範囲でさまざまなバイメタルまたはポリメタルシステムを堆積できます。目的のシステムの各セットでは、電気化学ポテンシャル、蒸着ポテンシャル、反応条件などに応じてpHと電流密度を調整する必要があります。蒸着は2電極セットアップで実行できますが、参照電極による蒸着電圧をより適切に制御することをお勧めします。この方法は、電流密度、ON-OFF時間比、pHなどの反応パラメータを制御することにより、大きな構造だけでなく微粒子も堆積させることができます。逆流パルスによって調整された精製および最適化された結晶粒構造は、触媒の劣化が非常に低く、CO2R に対して高いファラディック効率 (炭化水素の場合は 56%) を示します。水の電気分解は、NiCo@Ti3C2Tx MXeneで、98%FEの実験室条件ではHセルで、工業条件ではゼロギャップセルで実証されています。ガスクロマトグラフィーによるインライン生成物測定のデモンストレーションも紹介します。システム全体の統合とその動作は、私たちのラボ34 で確立された安全設計プロトコルを使用して綿密に監視されています。

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プロトコル

この研究で使用された試薬と機器は、 材料表に記載されています。

1. Ti3C2Tx MXeneの合成

  1. 最適化されたTi3AlC2 MAX相1 gを9 M塩酸(HCl)を使用して18時間洗浄し、金属間化合物不純物を除去します。
  2. 12 M HCl、脱イオン(DI)水、および50 wt%フッ化水素酸(HF)を6:3:1の体積比で混合してエッチング液を調製します。
    注:フッ化水素酸(HF)は毒性が高く、腐食性があります。HFに関連するすべての手順は、手袋、白衣、フェイスシールドなどの適切な個人用保護具(PPE)を着用しながら、認定されたヒュームフードで実行してください。
  3. HCl洗浄したMAX粉末をエッチング液に加え、35°Cで400 rpmで24時間撹拌します。
  4. エッチングしたTi3C2Tx MXeneを3234 x g で4〜5サイクル(各~200 mL)、各サイクル10分間、上清が約6の中性pHに達するまで繰り返し遠心分離することにより、DI水で洗浄します。
  5. 洗浄した沈殿物を塩化リチウム(LiCl)溶液(エッチング粉末1グラムあたり50 mL)に加えてMXeneを層間剥離し、アルゴンガス流下で65°Cで400 rpmで1時間撹拌します。
  6. 混合物を3234 x g で室温で5分、10分、15分、および20分間連続して遠心分離して洗浄します。
  7. ボルテックスで最終懸濁液を室温で30分間混合し、次に2380 x g で30分間遠心分離して、単層から数層のTi3C2Tx MXeneフレークを得る。

2. 前駆体の調製

  1. 300 mgのTi3C2Tx MXeneを100 mLのDI水に分散させます。安定した分散を確保するために5分間超音波処理します。
  2. 30 mMのクエン酸銅溶液と10 mMのシュウ酸亜鉛溶液をDI水中で調製します。すべての溶液は、こぼれたり皮膚に直接触れたりしないように、適切なPPEを備えたフード内で作成してください。
  3. 脱イオン水中で硝酸ニッケルと硝酸コバルトの50 mM溶液を調製します。
  4. 50 mLのDI水に5 mgのPt / Cの分散液を調製し、室温で10分間超音波処理します。

3. 電極の製作

  1. アセトンを使用してニッケルフォームを洗浄し、DI水中で5分間超音波処理します。
  2. 炭素繊維紙(CFP)を1M硝酸(HNO3)に20分間浸して活性化します。フード内でCFPを作動させ、手袋と適切なPPEを使用してください。
  3. 洗浄したニッケルフォーム(5cm×5cm)をMXene溶液に5分間浸します。真空下で室温で乾燥させます。このサンプルにMXene-Ni-Foamというラベルを付けます。
  4. 活性化されたCFPにMXene溶液をスプレーコートします。サンプルにMXene-CFPとしてラベルを付けます。スプレーガンに50mLのMxene溶液をロードします。5cmの距離で、活性化されたCFPにインクをスプレーし、2cm×2cmのCFPの表面全体を覆います。
  5. ガラス電気化学セルに、CuおよびZn前駆体溶液を加えます。Ag/AgCl参照電極、白金対電極、MXene-CFPを作用電極として使用し、電極をポテンショスタットのそれぞれの接続に接続します。
    注意: たとえば、MXene-CFP電極は、作業電極接続に接続され、同様に接続されます。電解質浴は、50 mLの30 mMクエン酸Cu溶液と10 mMのシュウ酸ZnをDI水中で構成しました。
  6. 次のパルス電流蒸着シーケンスを適用します:-10 mA/cm2で1秒、0.5mA/cm2(ヌルパルス)で0.5秒、+10 mA/cm²で0.5秒。
  7. CuZnを堆積させるために1000サイクル繰り返します。得られた電極にCuZn@Ti3C2T x-MXene-CFPとしてラベルを付けます。
  8. 別のセルに、NiおよびCo前駆体溶液を追加します。同じ電極構成を使用しますが、作用電極をMXene-Ni-Foamに交換します。電気化学セルの電極がポテンショスタットのそれぞれの接続に正しく接続されていることを確認します。電解槽は、50 mLの50 mM硝酸NiとCo硝酸塩をDI水中で構成します。
  9. 同じパルス蒸着サイクル(ステップ3.6と同様)を1000セット適用して、NiCo@Ti 3C2T x-MXene-Ni-Foamを得る。
  10. スプレーガンに50mLのPt / Cを充填します。5 cmの距離から、Pt/CをNiメッシュにスプレーコートし、60°Cの真空オーブンで乾燥させて、水電気分解用の基準陰極を準備します。

4. 構造特性評価

  1. 各電極を0.5cm×1cmにカットします。
  2. X線回折(XRD)および走査型電子顕微鏡(SEM)を実行して、位相および形態解析を行います。
    注:電極片のサイズは、XRDおよびSEM装置のサンプル前処理ガイドラインに適合するサイズと同様である必要があります。

5. 電気化学的CO2 削減

  1. 2つのチャンバーを分離するアルカリ交換膜を備えたHセルを組み立てます。
  2. Ni-Foamを陽極として使用し、CuZn@Ti3 C2T x-MXene-CFP(2 cm×2 cm)を陰極として使用します。両方のチャンバーで電解質として1 M KOHを使用します。膜接合部に電解液の漏れがないか徹底的に確認してください。漏れがないかジャンクションを締めます。
    注:KOHは腐食性が高いです。適切なPPEを着用し、すべての溶液をヒュームフードに入れ、皮膚との接触を避けてください。すべての溶液は、個人の侵入や電気プラグから離れた平らな面に保管してください。
  3. カソードコンパートメントにHg / HgO参照電極を挿入します。気密になるようにシステムを密閉します。陰極チャンバー内のCO2 入口用のチューブとガス出口用のチューブを追加します。
  4. CO2 を30 mL / minで陰極チャンバーに15分間パージし、電解質を飽和させます。
  5. 太陽光発電(PV)セルを1太陽の強度で照らし、セルに接続します(陽極から陽極、陰極に負)。
  6. 50 mV/sで0 Vから-2.5 Vまでの周期ボルタンメトリー(CV)と、開回路電位でEIS(100 kHz〜0.1 Hz)を記録します。
  7. 0 Aのクロノ電位差測定を2時間実行し、マルチメーターを使用して定期的に電流を記録します。記録された電流は、製品のファラディック効率を計算するために使用できます。
  8. カソードチャンバーの出口をガスクロマトグラフ(GC)に接続し、10分ごとにインラインサンプリングを行います。永久ガスの検出と定量のためにGCをプログラムします。モレキュラーシーブなどの充填カラムを使用して、ガスを同定します。
    注:オーブンの温度は、初期温度150°C、保持時間2分でランピングに設定され、混合物からのガスの適切な分離と溶出を可能にするために、1分間の保持時間でさらに200°Cまで上昇します。

6. 電気化学水電気分解(OER)

  1. NiCo@Ti3C2T x-MXene-Ni-Foamをアノードとして、Pt/C@NiメッシュをカソードとしてHセルセットアップを繰り返します。Hg/HgO電極を参照電極として、作用電極のある陽極チャンバーに挿入します。
  2. 両方のチャンバーに1 M KOH電解液を充填します。
  3. 50 mV/sで0 V〜1.2 VのCVを記録し、開回路電位でEIS(10 kHz〜0.1 Hz、振幅10 mV)を記録します。オートラボのポテンショスタットで、OCP(開回路電位)決定機能を使用してOCPを記録します。
  4. 6 cm 離れた場所に設置されたソーラー シミュレーターを使用して、太陽光 1 つ、またはセル上の 1 太陽の光度を使用して、太陽電池を 1 太陽の光で照らします。
  5. PV端子を電極に接続し、0Aのクロノ電位差曲線を記録します。効率計算のために電流を監視およびログに記録します。
  6. カソード出口をGCに接続し、窒素をキャリアガスとする熱伝導率検出器(TCD)を使用して、10分ごとに水素生成を分析します。

7. ゼロギャップ電解槽アセンブリ

  1. 水で洗浄し、ギャップゼロセルを準備します。アルカリ水電解アセンブリのさまざまな部分間に接合部を作成するために、チューブに適合するプッシュ値とプル値などの、清潔なポリビニルプロピレンチューブとその他の付属品を準備します。
  2. セルアノードプレート、NiCo@Ti3C2T x-MXene-Ni-Foamアノード、ガスケット(アノードの厚さと同じかわずかに厚い(0.1 mm)、アルカリ交換膜、ガスケット、Pt / Cカソード、最後にカソードセルプレート。可能な場合は位置合わせに位置決めロッドを使用するか、層をテーブル上でしっかりと固定してください。
  3. すべての層とエンドプレートを適切に位置合わせして電解槽を組み立てます。ネジでしっかりと固定します。
  4. セルを30 mL / minで30%KOHを循環する蠕動ポンプに接続します。電解液の流量を調整でき、ガスの発生と温度に応じて電解液を増やして、ガスの除去と活性を向上させることができます。
  5. オイルバスを使用して電解液リザーバーを60°Cに維持し、温度プローブで監視します。防寒手袋なしでセルやリザーバーに触れないようにしてください。
    注:30%のKOHは腐食性が高く、火傷を引き起こす可能性があります。適切な個人用保護具を使用してすべての実験を実行してください。余分な電解液をヒュームフードに保管し、電解液リザーバーはこぼれないように十分にサポートされバランスのとれた平らな面に保管してください。

8. ファラダイック効率の計算

  1. 次の式を使用します。
    figure-protocol-1
    ここで、 Qprod は生成物 (水素や CO2R 生成物など) の形成に使用される電荷であり、 Q合計 は通過した電荷の合計です。
    注: HF および HCl を含むすべての廃棄物は、施設の有害廃棄物プロトコルに従って廃棄してください。廃棄ガイダンスについては、製品安全データシート(MSDS)および環境安全衛生(EHS)担当者に相談してください。

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結果

X線回折技術は、金属膜の固体結晶構造を分析するために使用されます。適切なサイズ(XRD装置のサンプルスタブに適合)のフィルムサンプルをカットします。サンプルを機械にロードし、10°から80°までの2Θの範囲をスキャンします。得られたXRDグラフは、材料中に存在する結晶面のピーク信号を示しています。国際回折データセンター(ICDD)の参照パターンを使用して、メインピーク、d間隔、合金形成によるピークシフトなどの結晶構造を特定し、さらに分析します。走査型電子顕微鏡 (SEM) は、蒸着された材料の微視的構造とトポロジーを示すために使用されます。SEM画像は、フィルムの形状、サイズ、適合性を示します。

Ti3AlC2 MAX 相、Ti3C2Tx MXene について...

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ディスカッション

この研究は、燃料生成のための太陽光駆動酸化還元反応のためのバイメタル電極の合成プロトコルを提示します。エネルギー部門の脱炭素化は、CO2変換0 35,36,37と、水から生成された水素などのゼロエミッション燃料の使用に大きく依存しています38,39。二酸化炭素と水の太陽光発電による電気化学的変換には、使用される太陽電池のピーク性能で機能する触媒 (陽極と陰極) の組み合わせが必要です10。Hセルは、陽極生成物と陰極生成物を分離し、陽極での陰極生成物の再酸化を防ぐために使用されます。アルカリ交換膜は、セルの 2 つの半分の間に慎重に配置する必要があり、これによりイオンの輸送が改善され、ガスのクロスオーバ...

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開示事項

著者は開示するものは何もありません。

謝辞

著者らは、工学物理科学研究評議会 EP/X527257/1 から提供された助成金から資金提供された、産業協力プログラム (RICP-R4-100061) および MATcelerateZero (MATZ0) を通じて、ヘンリー・ロイス先端材料研究所の支援に感謝したいと思います。著者らは、エネルギー安全保障・ネットゼロ省(プロジェクトID:NEXTCCUS)、ユニバーシティ・カレッジ・ロンドンの研究・イノベーション・グローバル・エンゲージメント、シドニー大学-ユニバーシティ・カレッジ・ロンドン・パートナーシップ・コラボレーション・アワード、UCL-北京大学戦略的パートナー基金、コーネル大学-UCLグローバル戦略的コラボレーション賞、IISc-UCL共同シードファンドの財政的支援に感謝します。著者らは、NEXTCCUSプロジェクト(プロジェクトID:327327)の財政的支援に対するACTプログラム(CCSテクノロジーの加速、Horizon 2020プロジェクト番号691712)を認めています。この作業は、ヘンリー・ロイス先端材料研究所が機器アクセススキームを通じて支援し、ケンブリッジのロイスSEM-FIBスイートへのアクセスを可能にしました。ケンブリッジ・ロイス施設助成金EP/P024947/1およびサー・ヘンリー・ロイス・インスティテュート - 経常助成金EP/R00661X/1。

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材料

この記事で使用された材料の一覧
名前会社カタログ番号コメント
オートラボ302メトロムUKPGSTAT302Nシステムの電気化学的活性(CO2RおよびWE)を評価します
硝酸コバルト六水和物シグマ・アルドリッチ 98 10026-22-9水電解アノードの前駆体
硝酸銅三水和物シグマ・オルドリッチ10031-43-3.CO2Rカソードの前駆体
光源SOIONテックキセノンランプ太陽電池を照らすための光源
硝酸ニッケル六水和物シグマ・オルドリッチ13478-00-7水電解アノードの前駆体
オンラインガスクロマトグラフィーアジレント8890電気化学セルに接続され、10分ごとまたは命令で指定された時間ごとに、~10マイクロリットルのガスをループ状に送ります。
蠕動ポンプとnbsp;SOIONテックBT100-3Jゼロギャップセル内で電解質を流すこと。
水酸化カリウムシグマ・オルドリッチ1310-58-3CO2Rと水の電気分解用の電解質。
太陽電池(太陽電池)燃料電池ストア最大4ボルトの電位と~300mAの電流を供給できるシリコンタンデムセル
維持膜二酸化物X37-50グレード RT陰極から陽極へのイオン輸送およびガスおよび生成物クロスオーバーの停止に用いられる陰イオン交換膜。
Ti3C2TxMXeneアナソリ研究室、パデュー大学
ヴィオニックメトロムUK3500001080高電流時の系(CO2RおよびWE)の電気化学的活動を評価します。電流や電位の窓が高くなります。
亜鉛クエン酸塩シグマ・オルドリッチ480762CO2Rカソードの前駆体

参考文献

  1. Brauns, J., Turek, T. Alkaline water electrolysis powered by renewable energy: A review. Processes. 8 (2), 248(2020).
  2. Dinh, C. T., Li, Y. C., Sargent, E. H. Boosting the single-pass conversion for renewable chemical electrosynthesis. Joule. 3 (1), 13-15 (2019).
  3. Züttel, A., et al. Storage of renewable energy by reduction of CO2 hydrogen. Chimia (Aarau). 69 (5), 264-268 (2015).
  4. Liu, S., et al. To convert or not to convert: a comparative techno-economic analysis on CO2-to-methanol and CO2-EOR. Appl Energy. 388, 125698(2025).
  5. Lemmon, J. P. Energy: Reimagine fuel cells. Nature. 525 (7570), 447-449 (2015).
  6. Klemeš, J. J., et al. Sustainable energy integration within the circular economy. Renew Sustain Energy Rev. 177, 113143(2023).
  7. Hydrogen Storage. , US Department of Energy. https://www.energy.gov/eere/fuelcells/hydrogen-storage (2025).
  8. Mao, S. S., Shen, S. Hydrogen production: Catalysing artificial photosynthesis. Nat Photonics. 7 (12), 944-946 (2013).
  9. Lin, H., Luo, S., Zhang, H., Ye, J. Toward solar-driven carbon recycling. Joule. 6 (2), 294-314 (2022).
  10. Sacco, A., et al. An integrated device for the solar-driven electrochemical conversion of CO2 to CO. ACS Sustain Chem Eng. 8 (20), 7563-7568 (2020).
  11. Rahaman, M., et al. Solar-driven liquid multi-carbon fuel production using a standalone perovskite-BiVO4 leaf. Nat Energy. 8 (6), 629-638 (2023).
  12. Chen, X., et al. Promoting water dissociation for efficient solar driven CO2 via improving hydroxyl adsorption. Nat Commun. 14 (1), 1-12 (2023).
  13. Rashid, N., Yang, S., Abdi Jalebi, M. Socio-economic impact and regulatory measurements for next-generation electrochemical CO2 system. Nanoscale Adv. 2 (1), 1-9 (2025).
  14. Lamb, W. F., Rao, N. D. Human development in a climate-constrained world: what the past says about the future. Global Environ Change. 33, 14-22 (2015).
  15. Staffell, I., et al. The role of hydrogen and fuel cells in the global energy system. Energy Environ Sci. 12 (2), 463-491 (2019).
  16. Rashid, N., Bhat, M. A., Ingole, P. P. Unravelling the chemistry of catalyst surfaces and solvents towards C-C bond formation through activation and electrochemical conversion of CO2 hydrocarbons over micro-structured dendritic copper. Sustain Energy Fuels. 6 (1), 128-142 (2021).
  17. Rashid, N., Dar, F., Bhat, M., Ingole, P. Tailoring motif and channel terminating groups of conventional copper MOFs for their enhanced activity, selectivity, and stability toward the electroreduction of CO2 to hydrocarbons. ACS Appl Energy Mater. 6 (2), 1378-1388 (2023).
  18. Yang, F., et al. Highly efficient electroconversion of carbon dioxide into hydrocarbons by cathodized copper-organic frameworks. Chem Sci. 10 (35), 7975-7981 (2019).
  19. Weng, Z., et al. Active sites of copper-complex catalytic materials for electrochemical carbon dioxide reduction. Nat Commun. 9 (1), 1-9 (2018).
  20. Abdi-Jalebi, M. The Future of Halide Perovskite Solar Cells. Nanoscale and Advanced Materials. 2, 87-94 (2024).
  21. Karaiskakis, A. N., Golru, S. S., Biddinger, E. J. Effect of electrode geometry on selectivity and activity in CO2 electroreduction. Ind Eng Chem Res. 58 (47), 22506-22515 (2019).
  22. Astakhov, O., Cibaka, T., Wieprecht, L., Rau, U., Merdzhanova, T. Unfolding electrolyzer characteristics to reveal solar-to-chemical efficiency potential: Rapid analysis method bridging electrochemistry and photovoltaics. ChemSusChem. 18 (11), e202402027(2024).
  23. Angeles-Olvera, Z., et al. Nickel-based electrocatalysts for water electrolysis. Energies. 15 (5), 1609(2022).
  24. Irshad, A., Munichandraiah, N. Electrodeposited nickel-cobalt-sulfide catalyst for the hydrogen evolution reaction. ACS Appl Mater Interfaces. 9 (23), 19746-19755 (2017).
  25. Pašti, I. A., et al. Atomically thin metal films on foreign substrates: From lattice mismatch to electrocatalytic activity. ACS Catal. 9 (4), 3467-3481 (2019).
  26. Heikkinen, M., Ghiyasi, R., Karppinen, M. Layer-engineered functional multilayer thin-film structures and interfaces through atomic and molecular layer deposition. Adv Mater Interfaces. 12 (10), 2400262(2025).
  27. Lim, C., Handoko, A. D., Seh, Z. W. A realistic take on MXenes for electrochemical reduction of carbon dioxide. Diam Relat Mater. 130, 109461(2022).
  28. Meng, L., Tayyebi, E., Exner, K. S., Viñes, F., Illas, F. MXenes as electrocatalysts for the CO2 reaction: recent advances and future challenges. ChemElectroChem. 11 (8), e202300598(2024).
  29. Handoko, A. D., et al. Two-dimensional titanium and molybdenum carbide MXenes as electrocatalysts for CO2 reduction. iScience. 23 (9), 101181(2020).
  30. Li, N., et al. Understanding of electrochemical mechanisms for CO2 and conversion into hydrocarbon fuels in transition-metal carbides (MXenes). ACS Nano. 11 (11), 10825-10833 (2017).
  31. Govindan, B., et al. Synergistic bimetallic sites in 2D-on-2D heterostructures for enhanced C-N coupling in sustainable urea synthesis. ACS Sustain Chem Eng. 12 (12), 8174-8187 (2024).
  32. Wang, R., et al. Element-doped MXenes: Mechanism, synthesis, and applications. Small. 18 (25), 2201740(2022).
  33. Cao, S., et al. MXene-based single atom catalysts for efficient CO2RR towards CO: A novel strategy for high-throughput catalyst design and screening. Chem Eng J. 461, 141936(2023).
  34. Kumar Sharma, P., Rashid, N., Abdi Jalebi, M. Safe-by-design approach for next-generation electrochemical CO2 prototype with risk assessment and safety considerations. Nanoscale Adv. 2 (1), 74-83 (2025).
  35. Fang, B., et al. Large-scale synthesis of TiO2 with hierarchical nanostructure for highly efficient photodriven reduction of CO2 to CH4. ACS Appl Mater Interfaces. 6 (17), 15488-15498 (2014).
  36. Somoza-Tornos, A., Guerra, O. J., Crow, A. M., Smith, W. A., Hodge, B. M. Process modeling, techno-economic assessment, and life cycle assessment of the electrochemical reduction of CO2: A review. iScience. 24 (7), 102813(2021).
  37. Wyndorps, J., Ostovari, H., von der Assen, N. Is electrochemical CO2 the future technology for power-to-chemicals? An environmental comparison with H2-based pathways. Sustain Energy Fuels. 5 (22), 5748-5761 (2021).
  38. Zlatar, M., et al. Standardizing OER electrocatalyst benchmarking in aqueous electrolytes: comprehensive guidelines for accelerated stress tests and backing electrodes. ACS Catal. 13 (23), 15375-15392 (2023).
  39. Marini, S., et al. Advanced alkaline water electrolysis. Electrochim Acta. 82, 384-391 (2012).
  40. Miao, M., Duan, H., Luo, J., Wang, X. Recent progress and prospect of electrodeposition-type catalysts in carbon dioxide reduction utilization. Mater Adv. 3 (18), 6968-6987 (2022).
  41. Zangari, G. Fundamentals of electrodeposition. Encyclopedia of Interfacial Chemistry: Surface Science and Electrochemistry. , 141-160 (2018).
  42. Guruprasad, N., van der Schaaf, J., de Groot, M. T. Unraveling the impact of reverse currents on electrode stability in anion exchange membrane water electrolysis. J Power Sources. 613, 234877(2024).
  43. Rashid, N., Ingole, P., Delhi, N. Electrochemical reduction of CO2 ionic liquid stabilized reverse pulse electrodeposited copper oxides. Bose, M., Modi, A. Proceedings of the 7th International Conference on Advances in Energy Research, , Springer Proceedings in Energy. 1551-1558 (2020).
  44. Rashid, N., Ingole, P. P. Pulse electrodeposition of copper octahedrons: Investigations into the CO2RR on these surfaces. Meet. Abstr. MA202802, 816(2018).
  45. Voncken, J. H. L., Verkroost, T. W. Powder diffraction of cubic α-brass. Powder Diffr. 12 (4), 228-229 (1997).
  46. Salehi, M., Saidi, A., Ahmadian, M., Raeissi, K. Characterization of nanocrystalline nickel-cobalt alloys synthesized by direct and pulse electrodeposition. Int J Mod Phys. 28 (6), 1450043(2014).
  47. Walsh, F. C., Herron, M. E. Electrocrystallization and electrochemical control of crystal growth: fundamental considerations and electrodeposition of metals. J Phys D Appl Phys. 24 (2), 217(1991).
  48. Shi, Y., et al. Atomic-level metal electrodeposition: synthetic strategies, applications, and catalytic mechanism in electrochemical energy conversion. Small Struct. 3 (3), 2100185(2022).
  49. Kaneco, S., et al. Electrochemical reduction of carbon dioxide to ethylene with high Faradaic efficiency at a Cu electrode in CsOH/methanol. Electrochim Acta. 44 (26), 4701-4706 (1999).
  50. Lv, W., Zhang, R., Gao, P., Lei, L. Studies on the Faradaic efficiency for electrochemical reduction of carbon dioxide to formate on tin electrode. J Power Sources. 253, 276-281 (2014).

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