L'uso di combustibili fossili come vettori energetici e materie prime favorisce il rapido sviluppo della società. Però, l'eccessivo sfruttamento dei combustibili fossili ha provocato una crisi energetica e cambiamenti ambientali indesiderati. In particolare, un continuo aumento di CO ₂ concentrazione nell'atmosfera, che è> 400 ppm oggi e si stima che triplicherà entro il 2040, potrebbe comportare una serie di problemi ambientali, come il riscaldamento globale, innalzamento del livello del mare, e condizioni meteorologiche più estreme. Perciò, taglio CO ₂ le emissioni e lo sviluppo di abbondanti energie rinnovabili sono bisogni urgenti e sfide per la nostra società.

CO ₂ non è solo uno dei principali gas serra, ma anche un abbondante, non tossico, non infiammabile, e risorsa rinnovabile C1. Conversione elettrochimica di CO ₂ è un modo interessante per riciclare la CO ₂ in prodotti a valore aggiunto e consentono di immagazzinare energia elettrica in forma chimica. Come componente importante nel processo di elettrocatalisi, l'elettrolita interagisce con le superfici degli elettrodi, reagenti, e intermedi, che svolge un ruolo chiave nel trasporto di carica. Diversi elettroliti sono stati esplorati per promuovere lo sviluppo di CO ₂ tecnologia di conversione elettrochimica.

I liquidi ionici (IL) sono sali organici composti da cationi e anioni con punto di fusione inferiore a 100 C. Molti di essi sono liquidi anche a temperatura ambiente. È stato dimostrato che le IL sono gli elettroliti candidati molto promettenti per la conversione elettrochimica della CO ₂ grazie alle loro caratteristiche strutturali e proprietà fisiche uniche, per esempio., elevata capacità di assorbimento di CO ₂ , elevata conducibilità ionica intrinseca, e vedove ad ampio potenziale elettrochimico.

In una nuova panoramica pubblicata su Pechino Rassegna scientifica nazionale , scienziati dell'Istituto di Chimica, Accademia cinese delle scienze a Pechino, La Cina presenta gli ultimi progressi nella trasformazione elettrochimica della CO ₂ in sostanze chimiche a valore aggiunto in elettroliti a base di IL. Co-autori Xingxing Tan, Xiaofu sole, e Buxing Han ripercorrono la storia dello sviluppo della CO ₂ trasformazione elettrochimica in elettroliti a base di IL; esaminano anche il sistema di IL rappresentativo, elettrocatalizzatori, e configurazioni del reattore utilizzate in CO ₂ trasformazione elettrochimica.

Questi scienziati delineano anche le potenziali direzioni di sviluppo degli elettroliti a base di IL per la CO ₂ trasformazione elettrochimica.

"Tipicamente, CO ₂ elettroriduzione (CO ₂ ER) e CO ₂ trasformazione elettroorganica (CO2EOT) sono due importanti vie per convertire la CO ₂ in combustibili carbonici e prodotti chimici a valore aggiunto. CO ₂ l'elettroriduzione rappresenta un approccio essenziale per la CO ₂ utilizzo, in cui CO ₂ potrebbe essere trasformato in molti prodotti chimici di piattaforma attraverso la costruzione del legame C-H, come gli idrocarburi, acidi, e alcoli. Inoltre, CO ₂ può essere utilizzato come uno dei reagenti per reagire con diversi substrati (ad es. alcheni, alchini, chetoni, epossidi, aziridine, o ammine propargiliche) per sintetizzare acidi carbossilici, carbonati ciclici, e derivati ​​ossazolidinone attraverso la costruzione di C-C, C-O, o legami C-N, " affermano in un articolo intitolato "Elettroliti ionici a base liquida per CO ₂ Elettroriduzione e CO ₂ Trasformazione elettroorganica".

"Il tipico sistema per CO ₂ ER è costituito da compartimenti anodo e catodo separati da una membrana a scambio protonico. Entrambi CO ₂ la reazione di riduzione e HER avvengono al catodo azionato da energia elettrica sopra il catalizzatore. CO ₂ L'EOT viene solitamente eseguita in cellule indivise, " aggiungono. "L'elettrolita assume il ruolo di trasportare specie di carica. Gli studi hanno dimostrato che le IL potrebbero ridurre la barriera iniziale di CO ₂ conversione attraverso l'abbassamento dell'energia di formazione di CO ₂ - intermedio. Inoltre, la reazione di evoluzione dell'idrogeno concorrente (HER) potrebbe essere soppressa in presenza di IL, che potrebbe essere favorevole al miglioramento della selettività della CO ₂ conversione."

Il syngas è stato ottenuto mediante elettrolisi di CO . supercritica ₂ e acqua in 1-butil-3-metilimidazolo esafluorofosfato ([Bmim]PF6) elettrolita nel 2004. La riduzione di CO ₂ a CO con un'efficienza faradaica (FE) del 96% è stata ottenuta in un sistema elettrocatalitico con catodo Ag e 18 moli % di elettrolita in soluzione di 1-etil-3-metilimidazolo tetrafluoroborato ([Emim]BF4) nel 2011, che è stato segnato come un importante passo avanti nello sviluppo di elettroliti IL per CO ₂ ER.

Il DMC è quasi il prodotto più studiato di CO2EOT che prevede l'uso di IL. "Fissazione elettrocatalitica della CO ₂ agli epossidi o agli alcoli per produrre carbonati organici tramite la formazione di legami C-O può evitare l'uso di fosgene tossico o CO, fornendo un percorso di economia verde e atomica per la sintesi di carbonati organici, " affermano.

"Ulteriore miglioramento delle prestazioni di conversione elettrochimica della CO ₂ può essere ottenuto progettando nuovi elettroliti funzionali a base di IL ed esplorando elettrocatalizzatori innovativi e configurazioni ottimizzate di elettrodi/reattori. Sarà anche di grande importanza utilizzare la CO ₂ come sintone C1 per preparare sostanze chimiche più diverse mediante la costruzione di diversi tipi di legami C-X, come C-Si, C-P, obbligazioni C-S, "prevedono gli scienziati.

"L'attuale progresso della trasformazione elettrochimica della CO ₂ dovrebbe affrontare il grande sovrapotenziale, bassa densità di corrente, selettività del prodotto insoddisfacente e resa urgente, soprattutto per i prodotti C2+ a valore aggiunto, " aggiungono. "Si ritiene che gli IL offrano un grande potenziale per la CO ₂ tecnologia di conversione. Trasformazione elettrochimica della CO ₂ nell'elettrolita a base di IL dovrebbe integrare CO ₂ fissazione con accumulo di elettricità rinnovabile, fornendo una strada per chiudere il ciclo del carbonio antropogenico".