Для просмотра этого контента требуется подписка на JoVE. Войдите или начните свой бесплатный пробный период.

Методическая статья

Электрохимическое производство зеленого топлива на основе солнечной энергии изCO2 и воды с использованием катализаторов Ti3C, 2Tx MXene CuZn и NiCo

2.1K просмотров

⸱

DOI:

10.3791/68870

⸱

7 ноября 2025 г.

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

В этой статье

Краткое содержание

Этот протокол содержит руководство по изготовлению и электрохимическому анализу биметаллических электрокатализаторов CuZn и NiCo, поддерживаемых MXene, для производства экологически чистого топлива из углекислого газа и воды с использованием солнечной энергии.

Аннотация

В этом протоколе описывается синтез и картирование активности биметаллических катодов на основе MXene для восстановления углекислого газа (CO2R) и анодов для расщепления воды с использованием солнечной энергии в щелочных средах. Для контроля наноструктуры, измельчения зерен и состава сплавов изготовленных электродов был использован метод импульсного электроосаждения с обратным током. Как аноды, так и катоды не содержат благородных металлов и поддерживаются двумерным (2D) карбидом титана (Ti3C2Tx) MXene, что снижает контактное сопротивление и облегчает перенос заряда от подложки к реагентам через катализаторы. Медь-цинк (CuZn) с опорой на Ti3C2Tx MXene используются в качестве катодов для производства метанола при термокаталитической конверсии CO2 , и здесь мы впервые продемонстрировали их эффективность в электрохимическом восстановлении CO2 (CO2R). Никель-кобальт (NiCo) с опорой на Ti3C, 2Tx MXene аналогичным образом изготавливаются с помощью импульсного электронасаждения и тестируются в качестве анодов для электролиза воды, приводимой в действие солнечным элементом в упрощенных лабораторных условиях. В этом упражнении также описывается структурная характеристика металлических тонких пленок. Продемонстрирована детальная настройка интеграции современного перовскитного кремниевого тандемного солнечного элемента с электрохимическим элементом, который, в свою очередь, питает поточную газовую хроматографию, как для CO2R, так и для электролиза воды (WE). Установка, подробно описывающая электролиз воды в промышленных условиях высокощелочных растворов с высокой щелочью (30% KOH), высоких температурах (60 °C) и в ячейке с нулевым зазором, продемонстрирована на изготовленном аноде в паре с катодом с покрытием Pt/C распылением.

Введение

Замена ископаемого топлива альтернативами с нулевым уровнем выбросов имеет решающее значение для декарбонизации энергетического сектора и увеличения использования возобновляемых источников энергии 1,2,3. Преобразование углекислого газа (CO2) в окись углерода (CO), метан (CH4) и другие углеродосодержащие виды топлива становится важным способом предотвращения дальнейших выбросов CO2 и создания углеродной экономики замкнутого цикла4. Аналогичным образом, прогнозируется, что замена ископаемого топлива водородом с высокой плотностью энергии ускорит энергетический переход от ископаемого топлива к топливу с нулевым уровнем выбросов 5,6,7,8. Система производства энергии может быть дополнительно сделана экономически эффективной и экологически чистой за счет использования прямых солнечных лучей 9,10,11,12. Переход к «зеленой» энергетике может привести к положительным социально-экономическим результатам, в частности, за счет усиления социального воздействия и, таким образом, увеличения социального капитала, связанного с производством топлива с нулевым уровнем выбросов13.

Обширный объем исследований был посвящен электрохимическому восстановлениюCO2 с помощью солнечной энергии и производствуводорода14,15. Материалы на основе меди показали отличную активность (>70% фарадической эффективности по отношению к продуктуС2) в направлении сниженияСО2 16,17,18,19. Биметаллические системы, состоящие из меди, приводят к увеличению КПД Фарадаи (FE) и общей скорости преобразования углекислого газа. Основными проблемами являются высокие перенапряжения, более низкая эффективность фарад и селективность одного продукта20. Интеграция фотоэлектрических (PV) систем с электрохимическими реакциями требует перекрытия между фарадической активностью электрокатализатора и максимальной мощностью солнечной батареи для достижения устойчивых темпов производства топлива21,22. Биметаллические системы Ni и Co широко известны как высокофункциональные аноды для электролиза щелочной воды из-за их перенапряжения <600 мВ при токах >100 мА/см2 23,24. Быстрая деградация катализатора при промышленно значимых токах ограничивает их жизнеспособность в качестве коммерческих анодов. Вызванное электролитом короткое замыкание в результате коррозии границы раздела между металлическим слоем и подложкой еще больше замедляет электролиз воды25,26.

MXenes, растущее семейство двумерных (2D) карбидов, нитридов и карбонитридов переходных металлов, стали перспективными материалами для электрохимической реакции CO2R благодаря своим уникальным структурным и электроннымсвойствам. Впервые обнаруженные в 2011 году, MXenes в основном получают из объемно-слоистых Mn+1AXn фаз (где n = 1-4), которые состоят из n+1 слоев одного или нескольких переходных металлов (M, обычно из групп 4-6), чередующихся со слоями X, углеродом (C), азотом (N) или обоими (CN) и элементом группы A (обычно из групп 13-16). Их композиции могут быть настроены с использованием различных переходных металлов групп от 4 до 6, X субрешетки (C/N), а Tx представляет поверхностные окончания (например, -O, -OH, -F, -Cl)27,29,30. В CO2R MXenes активно исследуются в качестве сокатализаторов или носителей из-за их настраиваемого химического состава поверхности, каталитически активных центров, высокой удельной площади поверхности и металлоподобной электропроводности.

Недавние теоретические исследования предсказывают, что декорирование MXenes биметаллическими или одиночными атомами может значительно улучшить характеристики CO2R за счет модуляции их электронной структуры. Эти стратегии проектирования смещают центр d-диапазона, модулируют промежуточные энергии адсорбции и снижают барьеры свободной энергии Гиббса на шагах 31,32,33, определяющих скорость. Например, было показано, что Mo2ZC2 MXenes (Z = Ti, V и т. д.) усиливают адсорбцию -HOCH2O и ослабляют связывание -OCH2O в электрохимическом CO2RR, тем самым снижая предельный потенциал для производства CH4 из-за смещения вверх в центре d-диапазона атомов Mo. В другом исследовании легированный медью Ti3C2Tx MXene достиг фарадической эффективности 58,1% в отношении производства HCOO- за счет введения поляризованных центров, которые способствуют промежуточной адсорбции и переносу электронов. Эти несколько теоретических исследований определяют потенциал изучения биметаллических катализаторов на основе MXene для адаптации путей CO2RR.

Здесь мы синтезировали CuZn@Ti катодов3C2Tx MXene и NiCo@Ti анодов3C2Tx MXene для электролиза CO2R и воды путем простого электроосаждения в одном точке. Оптимизированная методика может быть использована для осаждения ряда биметаллических или полиметаллических систем в диапазоне концентраций от 5 до 100 мМ каждая с контролем pH. Каждый набор желаемых систем потребует настройки pH и плотности тока в соответствии с их электрохимическими потенциалами, потенциалом осаждения, условиями реакции и т. д. Несмотря на то, что напыление может быть выполнено на двухэлектродной установке, рекомендуется лучше контролировать напряжение осаждения через электроды сравнения. Метод позволяет наносить как крупные структуры, так и мелкие частицы, контролируя такие параметры реакции, как плотность тока, соотношение времени включения-выключения и pH. Очищенная и оптимизированная структура зерна, настроенная с помощью импульсов обратного тока, показывает высокую фарадическую эффективность (56% для углеводородов) для CO2R при очень низкой деградации катализатора. Электролиз воды продемонстрирован на NiCo@Ti3C2Tx MXene в H-элементе для лабораторных условий с 98% FE и в ячейке с нулевым зазором для промышленных условий. Также показана демонстрация поточного определения продукта с помощью газовой хроматографии. Общая интеграция системы и ее функционирование тщательно контролируются с использованием протоколов безопасности по проекту, установленных в нашей лаборатории34.

Доступ ограничен. Войдите в систему или начните пробный период, чтобы просмотреть этот контент.

Протокол

Реагенты и оборудование, использованные в данном исследовании, перечислены в Таблице материалов.

1. Синтез Ti3C2Tx MXene

  1. Промыть 1 г оптимизированной фазы Ti3AlC2 MAX с использованием 9 М соляной кислоты (HCl) в течение 18 ч для удаления интерметаллических примесей.
  2. Приготовьте раствор травителя, смешав 12 М HCl, деионизированную (DI) воду и 50 мас.% фтористоводородной кислоты (HF) в соотношении 6:3:1.
    ПРИМЕЧАНИЕ: Фтористоводородная кислота (HF) очень токсична и агрессивна. Выполняйте все этапы, связанные с ВЧ, в сертифицированном вытяжном шкафу, надев соответствующие средства индивидуальной защиты (СИЗ), включая перчатки, лабораторный халат и лицевой щиток.
  3. Добавьте промытый HCl порошок MAX в раствор для травления и перемешивайте при 400 об/мин в течение 24 часов при 35 °C.
  4. Промыть протравленный Ti3C2Tx MXene водой DI путем повторного центрифугирования при 3234 x g в течение 4-5 циклов (~200 мл каждый), каждый цикл 10 минут, пока надосадочная жидкость не достигнет нейтрального pH примерно 6.
  5. Расслаивайте MXene, добавляя промытый осадок в раствор хлорида лития (LiCl) (50 мл на грамм протравленного порошка) и перемешивайте при 400 об/мин в течение 1 часа при 65 °C под потоком газообразного аргона.
  6. Промойте смесь центрифугированием при 3234 х г в течение 5 мин, 10 мин, 15 мин и 20 мин последовательно при комнатной температуре.
  7. Vortex смешивают окончательную суспензию в течение 30 минут при комнатной температуре, затем центрифугируют при 2380 x g в течение 30 минут для получения однослойных хлопьев Ti3C2Tx MXene.

2. Приготовление прекурсоров

  1. Диспергируйте 300 мг Ti3C2Tx MXene в 100 мл деионизированной воды. Обрабатывайте ультразвуком в течение 5 минут для обеспечения стабильной дисперсии.
  2. Приготовьте 30 мМ раствор цитрата меди и 10 мМ раствор оксалата цинка в деионизированной воде. Убедитесь, что все решения принимаются в капюшоне с надлежащими СИЗ, избегая попадания жидкости или прямого контакта с кожей.
  3. Приготовьте 50 мМ растворов нитрата никеля и нитрата кобальта в деионизированной воде.
  4. Приготовьте дисперсию 5 мг Pt/C в 50 мл воды DI и обработайте ультразвуком в течение 10 минут при комнатной температуре.

3. Изготовление электродов

  1. Очистите никелевую пену ацетоном, а затем обработайте ультразвуком в деионизированной воде в течение 5 минут.
  2. Активируйте бумагу из углеродного волокна (CFP), замочив ее в 1 М азотной кислоте (HNO3) на 20 минут. Активируйте CFP в капюшоне и используйте перчатки и подходящие СИЗ.
  3. Погрузите очищенную никелевую пену (5 см × 5 см) в раствор MXene на 5 минут. Сушите при комнатной температуре под вакуумом. Пометьте этот образец как MXene-Ni-Foam.
  4. Распылите раствор MXene на активированный CFP. Пометьте образец как MXene-CFP. Загрузите 50 мл раствора Mxene в пульверизатор. На расстоянии 5 см распылите чернила на активированный CFP, покрывая всю поверхность CFP размером 2 см x 2 см.
  5. В стеклянную электрохимическую ячейку добавьте растворы предшественников Cu и Zn. Используйте электрод сравнения Ag/AgCl, платиновый контрэлектрод и MXene-CFP в качестве рабочего электрода и подключите электроды к соответствующему соединению на потенциостате.
    ПРИМЕЧАНИЕ: Например, электрод MXene-CFP будет подключен к рабочему электродному соединению, и аналогично. Электролитная ванна состояла из 50 мл 30 мМ раствора цитрата Cu и 10 мМ оксалата Zn в воде типа DI.
  6. Применяют следующую последовательность напыления импульсного тока: -10 мА/см2 в течение 1 с, 0 мА/см2 (нулевой импульс) в течение 0,5 с, +10 мА/см² в течение 0,5 с.
  7. Повторяйте в течение 1000 циклов, чтобы внести CuZn. Пометьте полученный электрод как CuZn@Ti3C2T x-MXene-CFP.
  8. В другую ячейку добавьте растворы предшественников Ni и Co. Используйте ту же конфигурацию электродов, но замените рабочий электрод на MXene-Ni-Foam. Убедитесь, что электроды в электрохимической ячейке правильно соединены с соответствующими соединениями на потенциостате. Электролитическая ванна состоит из 50 мл 50 мл нитрата Ni и нитрата Co в воде DI.
  9. Примените тот же цикл импульсного осаждения (как в шаге 3.6) для 1000 наборов для получения NiCo@Ti3C2T x-MXene-Ni-Foam.
  10. Залейте 50 мл Pt/C в пистолет-распылитель. С расстояния 5 см нанесите слой Pt/C на никелевую сетку и высушите в вакуумной печи при температуре 60 °C, чтобы подготовить эталонный катод к электролизу воды.

4. Структурные характеристики

  1. Разрежьте каждый электрод на 0,5 см × кусочки по 1 см.
  2. Выполнение рентгеновской дифракции (XRD) и сканирующей электронной микроскопии (СЭМ) для фазового и морфологического анализа.
    ПРИМЕЧАНИЕ: Размер отрезков электродов должен быть аналогичен тому, который соответствует рекомендациям по подготовке образцов приборов XRD и SEM.

5. Электрохимическое восстановлениеСО2

  1. Соберите Н-клетку с щелочной обменной мембраной, разделяющей две камеры.
  2. Используйте Ni-Foam в качестве анода и CuZn@Ti3C2T x-MXene-CFP (2 см × 2 см) в качестве катода. Используйте 1 М KOH в качестве электролита в обеих камерах. Тщательно проверьте на наличие утечек электролита в месте мембранного соединения. Затяните соединение для устранения утечек.
    ПРИМЕЧАНИЕ: KOH обладает высокой коррозионной активностью; надевайте надлежащие СИЗ, помещайте все растворы в вытяжной шкаф и избегайте контакта с кожей. Храните все растворы на плоских поверхностях вдали от личных вторжений и электрических вилок.
  3. Вставьте электрод сравнения Hg/HgO в отсек катода. Загерметизируйте систему, чтобы она была газонепроницаемой. Добавьте трубку для входа CO2 и одну для выхода газа в катодной камере.
  4. Продувка CO2 в катодной камере со скоростью 30 мл/мин в течение 15 мин для насыщения электролита.
  5. Зажгите фотоэлектрический элемент с интенсивностью 1 солнце и подключите его к элементу (положительное к аноду, отрицательное к катодному).
  6. Регистрирует циклическую вольтамперометрию (ХВ) от 0 В до -2,5 В при 50 мВ/с и ЭИС (от 100 кГц до 0,1 Гц) при потенциале холостого хода.
  7. Выполняйте хронопотенциометрическое измерение 0 А в течение 2 часов, периодически регистрируя ток с помощью мультиметра. Зарегистрированный ток может быть использован для расчета фарадической эффективности изделий.
  8. Подключите выход катодной камеры к газовому хроматографу (ГХ) для поточного отбора проб каждые 10 минут. Запрограммируйте ГХ для обнаружения и количественного определения постоянных газов. Используйте насадочную колонку, такую как молекулярное сито, для идентификации газов.
    ПРИМЕЧАНИЕ: Температура печи устанавливается на рампинге с начальной температурой 150 °C со временем выдержки 2 мин и далее увеличивается до 200 °C со временем выдержки 1 мин для обеспечения надлежащего отделения и элюирования газов из смеси.

6. Электрохимический электролиз воды (ООР)

  1. Повторите настройку H-элемента с NiCo@Ti3C2T x-MXene-Ni-Foam в качестве анода и сеткой Pt/C@Ni в качестве катода. Вставьте электрод Hg/HgO в качестве электрода сравнения в анодную камеру с рабочим электродом.
  2. Заполните обе камеры электролитом по 1 М KOH.
  3. Регистрируйте CV от 0 В до 1,2 В при 50 мВ/с и EIS (от 10 кГц до 0,1 Гц, амплитуда 10 мВ) при потенциале холостого хода. На потенциостате autolab используйте функцию определения OCP (потенциал разомкнутой цепи) для записи OCP.
  4. Осветите фотоэлектрический элемент светом 1 солнца с помощью солнечного симулятора, расположенного на расстоянии 6 см, или светом 1 солнца на элементе.
  5. Подключите фотоэлектрические клеммы к электродам и запишите хронопотенциометрическую кривую 0 А. Мониторинг и регистрация тока для расчета эффективности.
  6. Подключите выходное отверстие катода к газовой хроматографии и каждые 10 минут анализируйте выработку водорода с помощью детектора теплопроводности (TCD) с азотом в качестве газа-носителя.

7. Электролизер в сборе с нулевым зазором

  1. Промойте водой и подготовьте ячейку с нулевым зазором. Подготовьте чистые поливинилпропиленовые трубки и другие аксессуары, такие как значения push и pull, которые подходят к трубке, чтобы создать соединения между различными частями узла электролиза щелочной воды.
  2. Уложите в последовательности следующее: анодную пластину ячейки, анод NiCo@Ti3C2T x-MXene-Ni-Foam, прокладку (такую же или немного толще (0,1 мм) толщины анода), щелочную обменную мембрану, прокладку, катод Pt/C и, наконец, катодную пластину ячейки. Используйте позиционирующие стержни для выравнивания, если таковые имеются, или убедитесь, что слои плотно и неподвижно стоят на столе.
  3. Соберите электролизер с правильным выравниванием всех слоев и торцевых пластин. Плотно закрепите с помощью винтов.
  4. Подключите ячейку к перистальтическим насосам с циркуляцией 30% KOH со скоростью 30 мл/мин. Расход электролитов можно регулировать, а в зависимости от газовыделения и температуры электролиты могут быть увеличены для лучшего удаления газа и активности.
  5. Поддерживайте резервуар с электролитом на уровне 60 °C с помощью масляной ванны и контролируйте с помощью датчика температуры. Убедитесь, что вы не прикасаетесь к камере или резервуару без термоперчаток.
    ПРИМЕЧАНИЕ: 30% KOH очень едкий и может вызвать ожоги. Проводите все эксперименты с использованием надлежащих средств индивидуальной защиты. Храните дополнительные электролиты в вытяжном шкафу и держите резервуар для электролита на плоской поверхности, которая хорошо поддерживается и сбалансирована, чтобы избежать разливов.

8. Расчет КПД по Фарадау

  1. Используйте следующее уравнение:
    figure-protocol-1
    Где Qprod — заряд, используемый для формирования продукта (например, водорода или продукта CO2R), а общий Q — общий пройденный заряд.
    ПРИМЕЧАНИЕ: Утилизируйте все HF- и HCl-содержащие отходы в соответствии с протоколами по опасным отходам учреждения. Обратитесь к паспортам безопасности материалов (MSDS) и персоналу по охране окружающей среды, охране здоровья и безопасности (EHS) для получения рекомендаций по утилизации.

Доступ ограничен. Войдите в систему или начните пробный период, чтобы просмотреть этот контент.

Результаты

Метод рентгеновской дифракции используется для анализа твердой кристаллической структуры металлических пленок. Вырежьте образцы пленки соответствующего размера (по размеру корешка образца дифрактометра). Загрузите образцы в машину и отсканируйте в диапазоне 2Θ от 10° до 80°. Полученный график дифрактометра показывает пиковые сигналы для кристаллических плоскостей, присутствующих в материале. Используйте эталонный шаблон Международного центра дифракционных...

Доступ ограничен. Войдите в систему или начните пробный период, чтобы просмотреть этот контент.

Обсуждение

В данном исследовании представлен протокол синтеза биметаллических электродов для окислительно-восстановительных реакций, вызванных солнечными батареями, для производства топлива. Декарбонизация энергетического сектора в значительной степени зависит от преобразованияCO20 35,36,37 и использования топлива с нулевым уровнем выбросов, такого как водород, получаемый из воды

Доступ ограничен. Войдите в систему или начните пробный период, чтобы просмотреть этот контент.

Раскрытие информации

Авторам нечего раскрывать.

Благодарности

Авторы выражают признательность за поддержку Института передовых материалов Генри Ройса в рамках Программы промышленного сотрудничества (RICP-R4-100061) и MATcelerateZero (MATZ0), финансируемой за счет гранта, предоставленного Исследовательским советом по инженерным и физическим наукам EP/X527257/1. Авторы выражают признательность Департаменту энергетической безопасности и нулевого уровня выбросов (идентификатор проекта: NEXTCCUS), Университетскому колледжу Лондона за исследования, инновации и глобальное взаимодействие, Университету Сиднея - Университетскому колледжу Лондона за партнерское сотрудничество, Стратегическим партнерским фондам UCL-Пекинского университета, Премиям Корнелльского университета-UCL за глобальное стратегическое сотрудничество и Совместному посевному фонду IISc-UCL за их финансовую поддержку. Авторы выражают признательность программе ACT (Acceleration CCS Technologies, Horizon 2020 Project No. 691712) за финансовую поддержку проекта NEXTCCUS (ID проекта: 327327). Эта работа была поддержана Институтом передовых материалов Генри Ройса в рамках Схемы доступа к оборудованию, что позволило получить доступ к пакету Royce SEM-FIB в Кембридже; Грант Кембриджа Ройса EP/P024947/1 и Институт сэра Генри Ройса - периодический грант EP/R00661X/1.

Доступ ограничен. Войдите в систему или начните пробный период, чтобы просмотреть этот контент.

Материалы

Список материалов, использованных в этой статье
ИмяКомпанияКаталожный номерКомментарии
Autolab 302Metrohm UKPGSTAT302NОн оценивает электрохимическую активность системы (CO2R и WE).
Гексагидрат кобальтового нитратаSigma aldrich 98 10026-22-9Предшественник анода электролиза воды
Тригидрат медного нитратаСигма Олдрич10031-43-3.предшественник катода CO2R
Источник светаSOION techКсеноновая лампаИсточник света для освещения солнечной батареи
Гексагидрат никель-нитратаСигма Олдрич13478-00-7Предшественник анода электролиза воды
Онлайн-газовая хроматографияAgilent8890подключается к электрохимической ячейке и зацикливает образец , ~10 микролитров газа каждые 10 минут или время, описанное в команде для идентификации и количественного измерения.
Перистальтические насосы SOION techBT100-3JДля протока электролита в ячейке с нулевым зазором.
Гидроксид калияСигма Олдрич1310-58-3Электролит для электролиза CO2R и воды.
Солнечный элемент (фотоэлектрический элемент)Хранилище топливных элементовКремниевая тандемная ячейка, способная питать до 4 вольт потенциала и токов ~300 мА
Поддерживающая мембранаДиоксидные материалыX37-50 Grade RTАнионообменная мембрана, используемая для переноса ионов от катода к аноду и для предотвращения пересечения газа и продуктов.
Ti3C2Tx MXeneЛаборатория Анасори, Университет Пердью
VionicMetrohm UK3500001080Он оценивает электрохимическую активность системы (CO2R и WE) при более высоких токах. У него более высокий ток и потенциальные окна.
Цинковый цитратСигма Олдрич480762предшественник катода CO2R

Ссылки

  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).

Доступ ограничен. Войдите в систему или начните пробный период, чтобы просмотреть этот контент.

Перепечатки и разрешения

Теги

Производство солнечного топливаэлектрохимическое восстановление CO2электролиз водыкатализаторы на основе MXeneмедно-цинковый катодникель-кобальтовый анодимпульсное электроосаждениещелочной электролизгазовая хроматографияциклическая вольтамперометрия
Электрохимическое производство зеленого топлива на основе солнечной энергии изCO2 и воды с использованием катализаторов Ti3C, 2Tx MXene CuZn и NiCo
Связаться с нами
Порекомендовать библиотеке

Конфиденциальность

Условия использования

Политики

© 2026 MyJoVE Corporation. Все права защищены.