전기화학 CO2 환원의 제품 선택성을 위한 가이드라인을 설정하기 위한 기본 원리 속도론과 실험 데이터의 결합

CO2의 전기화학적 환원은 재생 가능한 전기를 사용하여 고부가가치 화학물질과 연료를 생산함으로써 산업 탄소 순환을 닫는 가장 유망한 방법 중 하나로 구상되고 있다. 지난 10년 동안 CO2 전해조의 성능은 상당히 향상되었지만, 여전히 가장 원하는 제품인 에틸렌과 에탄올에 대한 선택성이 낮은 문제를 겪고 있다. 이는 제품에 대한 선택성의 상세한 기계론적 이해가 여전히 부족하기 때문이며, 이러한 이해는 광범위한 공정 최적화에 필수적이다. 여기에서는 Cu(100)에서 CO2 전기환원 반응 경로를 설명하기 위해 상수 전위 밀도 함수 이론에 기반한 미세 동역학 시뮬레이션을 수행한다. 우리는 에틸렌이 산소화물로부터 분기하는 첫 번째 제품이고, 그 다음이 아세트산염임을 발견하였다. 아세트알데히드는 에탄올 생산의 직접적인 중간체이다. 에틸렌, 산소화물 및 메탄에 대한 선택성을 결정하는 전극 전위와 전해질 pH의 주요 역할에 대한 원자 수준의 통찰력을 제공하고, 선택성의 기원을 전기화학 반응 에너지원의 일반적인 경향과 관련지었다. 우리의 미세 동역학 시뮬레이션 결과를 이전에 보고된 측정의 실험 데이터베이스와 검증한다. 마지막으로, 특정 제품에 대한 선택성을 개선하기 위한 가이드라인을 제안한다. 우리의 연구는 목표 멀티카본 제품을 생산하기 위한 효율적인 CO2 전해조 설계를 위한 길을 닦으며, 이를 통해 널리 사용될 수 있는 방향으로 한 걸음 더 나아간다.