Влияние электролита на электрохимическое восстановление CO₂ до CO

Электрохимическое восстановление CO₂ (CO₂RR) — альтернатива технологиям производства топлива и химических продуктов массового спроса, основанным на использовании ископаемого сырья. Однако широкому применению электролизёров для CO₂RR препятствуют низкие энергетическая и фарадеевская эффективность. Сопутствующие электрохимические реакции, например реакция выделения водорода (HER), снижают селективность, а превращение CO₂ в карбонат и гидрокарбонат в результате кислотно-основных реакций в растворе создаёт дополнительное концентрационное перенапряжение. При CO₂RR в водной среде pH у поверхности электрода выше, чем в объёме раствора, поэтому гомогенные реакции дополнительно расходуют CO₂. В сочетании с низкой растворимостью CO₂ в водных электролитах (33 мМ) это приводит к значительному снижению его концентрации у поверхности электрода.

В последнее время состав электролита, в частности его pH и природа катиона, рассматривают как важный фактор, позволяющий регулировать энергетическую и фарадеевскую эффективность. В этом обзоре обобщены последние данные о влиянии электролита на электрохимическое восстановление CO₂ до CO в водных растворах — первого, необходимого этапа получения более восстановленных продуктов. Чтобы результаты разных исследований можно было сопоставлять, рассмотрены данные, полученные при чётко определённых условиях массопереноса и с применением методов онлайн-анализа. Обсуждается молекулярный механизм влияния донора протонов — подавление градиента концентрации CO₂ или усиление выделения водорода при заданной скорости массопереноса, — а также влияние катиона, который важен для протекания как CO₂RR, так и HER. Затем рассматриваются возможные последствия этих механистических выводов для промышленных конструкций электрохимических ячеек и плотностей тока.222222