Nat Energy：CO2的氧化还原中性电化学转化为碳酸二甲酯

Nanoyu

2021-07-09

电化学CO₂还原（eCO₂RRs）为增值化学品是一种极有前途的CO₂利用途径。然而，eCO₂RRs产物仅限于还原形式，如CO、HCOOH和C₂H₄。此外，降低阳极过电位和设计膜分离系统是提高该工艺整体效率的重要决定因素。

近日，韩国首尔大学Ki Tae Nam 报道了提出了一种由CO₂和乙醇在常温下氧化还原中性电合成碳酸二甲酯（DMC）的方案。随着阳极和阴极反应的同时发生，基于溶液的非均相氧化还原循环被耦合起来，从而实现电中性。

文章要点

1）该方案包括一个CO₂RR（CO₂/CO）和两个氧化还原循环（Pd(0)/Pd(II)和Br⁻/Br₂），用于单独的化学转化，同时满足总的电中性。CO₂RR过程包括从阴极到CO₂的双电子转移。两个质子从甲醇转移到CO₂，同时将CO₂和甲醇分别活化成一氧化碳和甲醇盐。第二步为金属催化剂（Pd(0)/Pd(II)）的还原，用于活化分子氧化成DMC。在这个步骤中，CO将两个电子转移到金属催化剂上，并与甲醇盐离子结合。接下来，通过卤素分子（X₂）捕获从金属催化剂释放的两个电子，产生卤化物阴离子（X），最后，X在阳极经历氧化以再生X₂。转移的电子可用于CO₂RR，使整个过程循环进行。

2）实验结果显示，DMC的最大法拉第效率（FE）为60%。而计算出的所需电能表明，用于生产DMC的能量输入相当于或低于直接从CO₂RR中获得的任何其他产物的能量输入。此外，与从CO电化学合成DMC的研究相比，该机制是一个明显的进步，从而提高了性能。同时，使用氧化还原介体实现了稳定的操作而没有电极溶解，并抑制甲醇氧化成二甲氧甲烷，即使在高阳极电位下也是如此。

3）研究人员还成功地以CO₂和乙醇为原料合成了碳酸二乙酯，从而展现了该系统的通用性和可扩展性。

参考文献

Lee, K.M., Jang, J.H., Balamurugan, M. et al. Redox-neutral electrochemical conversion of CO₂ to dimethyl carbonate. Nat Energy (2021).

DOI：10.1038/s41560-021-00862-1

https://doi.org/10.1038/s41560-021-00862-1