EAGER: Influence of Ionic Liquids on Product Selectivity in CO2 Electroreduction over Copper Catalysts

EAGER:离子液体对铜催化剂 CO2 电还原产物选择性的影响

基本信息

  • 批准号:
    1935957
  • 负责人:
  • 金额:
    $ 15万
  • 依托单位:
  • 依托单位国家:
    美国
  • 项目类别:
    Standard Grant
  • 财政年份:
    2019
  • 资助国家:
    美国
  • 起止时间:
    2019-09-01 至 2022-08-31
  • 项目状态:
    已结题

项目摘要

Carbon dioxide (CO2) electroreduction holds promise for producing fuels and chemicals from waste CO2 and renewable electricity. Opportunities exist to produce more high order hydrocarbons and alcohols, however controlling product selectivity and having high activity remain as the key challenges to overcome. The proposed exploratory research project aims to investigate the use of copper (Cu) and ionic liquids (ILs) as co-catalysts for the conversion of CO2 to valuable chemicals and fuels. This is a high risk-high payoff project that may lead to the development of technologies for on-demand conversion of CO2 to fuels and chemicals using renewable electricity.Breakthroughs in achieving high product selectivity for hydrocarbons and alcohols are possible by using ILs as dilute aqueous additives in CO2 electroreduction over Cu. The central hypothesis of the proposed EAGER project is that the utilization of ILs as co-catalysts at low concentrations in aqueous electrolytes can suppress the hydrogen evolution reaction and enhance CO2 electroreduction selectivity towards higher order hydrocarbons and alcohols on Cu catalysts. By modifying the IL cation-anion pair, the thermophysical and chemical properties of the IL can be altered dramatically. The proposed research plan seeks to identify the key properties an IL must have in order to be a good co-catalyst for the enhancement of the faradaic efficiency towards hydrocarbons and alcohols. To test the hypothesis, the work is split into two main objectives: 1) Identify key IL structure properties that influence faradaic efficiency of CO2t electroreduction, and 2) Determine if there are synergistic effects between IL and Cu morphology on CO2 electroreduction faradaic efficiency. The scientific insights developed for selecting ILs based upon their structure-property relationships will be transferable to other electrochemical systems, significantly impacting the way ILs are used. The proposed research plan may also be applicable to other electrochemical synthesis methods, such as electrochemical ammonia synthesis and electrochemical hydrogenations, and other electrochemical systems, such as batteries, fuel cells and waste treatment. The educational broader impacts of the proposal include scientific workforce development, particularly of women in STEM fields.This award reflects NSF's statutory mission and has been deemed worthy of support through evaluation using the Foundation's intellectual merit and broader impacts review criteria.
二氧化碳(CO2)电还原有望利用废弃二氧化碳和可再生电力生产燃料和化学品。存在生产更多高阶烃和醇的机会,但是控制产物选择性和具有高活性仍然是需要克服的关键挑战。拟议的探索性研究项目旨在研究使用铜(Cu)和离子液体(IL)作为将二氧化碳转化为有价值的化学品和燃料的助催化剂。这是一个高风险高回报的项目,可能会导致开发利用可再生电力按需将二氧化碳转化为燃料和化学品的技术。通过使用离子液体作为稀水溶液,可以在实现碳氢化合物和醇的高产品选择性方面取得突破Cu 上 CO2 电还原中的添加剂。所提出的EAGER项目的中心假设是,在水性电解质中使用低浓度的离子液体作为助催化剂可以抑制析氢反应,并增强铜催化剂上CO2对高级烃和醇的电还原选择性。通过修饰 IL 阳离子-阴离子对,可以显着改变 IL 的热物理和化学性质。拟议的研究计划旨在确定离子液体必须具备的关键特性,才能成为提高碳氢化合物和醇类的法拉第效率的良好助催化剂。为了检验这一假设,该工作分为两个主要目标:1) 确定影响 CO2t 电还原法拉第效率的关键 IL 结构特性,2) 确定 IL 和 Cu 形态之间是否对 CO2 电还原法拉第效率存在协同效应。根据离子液体的结构-性能关系选择离子液体的科学见解将可转移到其他电化学系统,从而显着影响离子液体的使用方式。拟议的研究计划也可能适用于其他电化学合成方法,例如电化学氨合成和电化学氢化,以及其他电化学系统,例如电池、燃料电池和废物处理。该提案对教育的更广泛影响包括科学劳动力的发展,特别是 STEM 领域的女性。该奖项反映了 NSF 的法定使命,并通过使用基金会的智力价值和更广泛的影响审查标准进行评估,被认为值得支持。

项目成果

期刊论文数量(2)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(0)
专利数量(0)
Effect of additives in aqueous electrolytes on CO2 electroreduction
  • DOI:
    10.1016/j.cej.2021.131303
  • 发表时间:
    2021-09-02
  • 期刊:
  • 影响因子:
    15.1
  • 作者:
    Golru, Samaneh Sharifi;Biddinger, Elizabeth J.
  • 通讯作者:
    Biddinger, Elizabeth J.
Effect of anion in diluted imidazolium-based ionic liquid/buffer electrolytes for CO2 electroreduction on copper
  • DOI:
    10.1016/j.electacta.2020.136787
  • 发表时间:
    2020-11-20
  • 期刊:
  • 影响因子:
    6.6
  • 作者:
    Golru, Samaneh Sharifi;Biddinger, Elizabeth J.
  • 通讯作者:
    Biddinger, Elizabeth J.
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  • 财政年份:
    2014
  • 资助金额:
    $ 15万
  • 项目类别:
    Priority Programmes
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