Investigating proton shuttling and electrochemical mechanisms of amines in integrated CO2 capture and utilization

质子 电化学 化学 计算机科学 纳米技术 材料科学 物理 电极 核物理学 物理化学
作者
Didjay F. Bruggeman,Gadi Rothenberg,Amanda C. Garcia
出处
期刊:Nature Communications [Springer Nature]
卷期号:15 (1)
标识
DOI:10.1038/s41467-024-53543-4
摘要

Carbon capture and utilization (CCU) technologies present a promising solution for converting CO2 emissions into valuable products. Here we show how amines, such as monoethanolamine (MEA) and 2-amino-2-methyl-1-propanol (AMP), influence the electrochemical CO2 reduction process in an integrated CCU system. Using in situ spectroscopic techniques, we identify the key roles of carbamate bond strength, proton shuttling, and amine structure in dictating reaction pathways on copper (Cu) and lead (Pb) electrodes. Our findings demonstrate that on Cu electrodes, surface blockage by ammonium species impedes CO₂ reduction, whereas on Pb electrodes, proton shuttling enhances the production of hydrocarbon products. This study provides additional insights into optimizing CCU systems by tailoring the choice of amines and electrode materials, advancing the selective conversion of CO₂ into valuable chemicals. Integrated carbon capture and utilization (CCU) systems offer a sustainable approach to converting CO₂ emissions into valuable chemicals. Here, the authors report the choice of amine and electrode materials significantly impact the efficiency and selectivity of CO2 reduction in CCU processes.
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