Faradaic efficiency for C2 hydrocarbons (C2H4, C2H6)
C₂ 탄화수소 (C₂H₄, C₂H₆)에 대한 패러데이 효율
수성 CO₂ 전해질에서 −1.7 V vs NHE 조건으로 수행된 Cu 기반 CO₂ 전기환원으로부터 얻어진 에틸렌 (C₂H₄) 및 에탄 (C₂H₆)의 패러데이 효율 (FE) (see Yang et al., Angew. Chem. Int. Ed. (2016)).
| Cu-mesopore-electrode 변형체 (w/d) | 생성물 | FE | 출처 |
|---|---|---|---|
| 30 nm / 40 nm | C₂H₄ | 38% | Fig. 2b |
| 30 nm / 70 nm | C₂H₆ | 46% | Fig. 2b |
| 300 nm / 40 nm | C₂H₄ | ~8% | Fig. 2b |
| 다결정 Cu (대조군) | C₂ 생성물 | 기저값 수준 | Fig. 2b |
모든 값은 −1.7 V vs NHE 조건에서 측정됨; see Yang et al., Angew. Chem. Int. Ed. (2016), Fig. 2b. 선택성은 mesopore-confinement-C₂-selectivity (EDL 중첩 → 국소 고 pH + 유속 감소 → 중간체 체류 시간 연장)로부터 기인함.
문헌 맥락 (논문 내). 이전 최고 C₂H₄ FE는 Cu₂O–Cu 2상 전극에서 60% (Ref. [15], 형태학적 접근만을 사용한 방법이 아님), 다결정 Cu에서 9% (Ref. [10])였으며; C₂H₆ 비교 데이터는 2016년 기준으로 희소함.
검토 통합 국소 환경 벤치마크 (paper_089 리뷰, 2017)
⚠ 검토 통합 제3자 데이터. Yang et al., Nanotechnology (2017) 리뷰는 이들을 nano-local-environment-CO2RR 효과의 사례로 보고하며; 위의 Nam 연구그룹 Cu 메조기공 항목과 상충하지 않음.
- 국소 pH (Cu NW): FE(C₂H₄) 2–20.3% (−1.1 V vs RHE에서 전해질 의존적) — KHCO₃에서 11%, 저완충 KClO₄에서 20.3%; n-프로판올 5% (KClO₄) (§3.1).
- 양이온 효과 (Cu): C₂/C₁ 비율 = 3.3 (Cs⁺) vs 0.2 (Li⁺) (−1.0 V vs RHE에서) (§3.2).
검토 통합 이원 합금 벤치마크 (paper_098 진행 보고서, 2018)
⚠ 검토 통합 제3자 데이터 — Nam 연구그룹 원본 아님. Lee et al., Adv. Mater. (2018) 진행 보고서는 cu-alloy-phase-diagram-design 프레임워크를 설명하기 위해 Cu 합금 CO₂RR 벤치마크를 통합하고 있으며; 1차 활용 시에는 원출처 문헌을 인용할 것.
- 상 분리 Cu-Pd: 단일 조성에서 FE(C₂H₄) 48% + FE(C₂H₅OH) 15% (§4.3, Fig. 2c, Ma et al. 2017 JACS, ref [76] 인용).
- Cu₄Zn: −1.05 V vs RHE에서 FE(C₂H₅OH) 29.1%; 순수 Cu 대비 C₂H₅OH/C₂H₄ 비율 12.5 vs 0.48 (Ren et al. 2016 ACS Catal., ref [33] 인용).
상 분리 Cu-Pd의 FE(C₂H₄) 48%는 위의 Nam 연구그룹 Cu 메조기공 FE(C₂H₄) 38% (좁고 얕은 형태)와 서로 다른 연구그룹 및 구조에서 얻어진 것으로 — 시스템 및 조건이 상이하며, 직접적인 순위 비교가 불가능함.
분자 구리 착물 시스템 (paper_158, 2020)
분자 Cu CO₂RR 시스템인 GMC-Cu₂-NTB2-composite (흑연화 메조기공 탄소 위의 이핵 Cu(II)-NTB 착물)는 독자적인 구조를 추가함 (Nam 연구그룹 원본):
| 시스템 | 생성물 | FE | 조건 | 출처 |
|---|---|---|---|---|
| GMC-[Cu₂(NTB)₂] (이량체) | C₂H₄ | 42% | −1.278 V vs RHE, 0.1 M KCl | Balamurugan et al., Small (2020), Fig. 2d |
| GMC-[Cu₂(NTB)₂] (이량체) | CH₄ | 18% | −1.278 V vs RHE, 0.1 M KCl | Fig. 2d |
| GMC-[Cu₂(NTB)₂] (이량체) | 총 HC | >60% | −1.278 V vs RHE, 0.1 M KCl | Fig. 2d |
| GMC-[Cu(NTB)] (단량체 기준) | C₂H₄ | 22% | −1.37 V, 0.1 M KHCO₃ | Fig. 2c |
42% C₂H₄ FE는 위키 내 분자 시스템 중 최고 C₂H₄ FE임 (최대 에틸렌 생성 조건에서 총 전류 밀도 ≈ 13 mA cm⁻²; p. 5). 선택성은 mesopore-confinement-C₂-selectivity로부터 기인함 (교반/지지체 실험을 통해 독립적으로 확인됨).
위의 금속성 Cu 메조기공 값과 직접 순위 비교 불가 (C₂H₄ 38%, −1.7 V vs NHE, 전해질/전위 상이) — 시스템 및 조건이 다르며, 상충하지 않음.
Ag-NTB/GMC + Cu 도핑 시스템 (paper_236, 2024)
GMC-Ag₂-NTB2-Cu-composite (paper_236)는 NTB/GMC 분자 플랫폼의 새로운 최고 기록임:
| 시스템 | 생성물 | FE | 조건 | 출처 |
|---|---|---|---|---|
| GMC-[Ag₂(NTB)₂]-Cu | C₂ (에틸렌 + 에탄올 + 아세트산염) | 75% | −1.1 V vs RHE, 0.1 M KCl, H형 셀 | Balamurugan et al., Inorg. Chem. (2024), Fig. 2c |
| GMC-[Ag₂(NTB)₂]-Cu (MEA) | C₂ 합계 | 70% | 100 mA cm⁻², 2.6 V, 24 h | Fig. S₁₁ |
Cu 우선 GMC-Cu₂-NTB2-composite (paper_158)의 42% 대비 향상 — 동일 플랫폼 내에서 Ag 우선 + Cu 도핑이 더 우수한 성능을 보임. 주의: 75%는 C₂ 총 FE이며; 개별 생성물 분포는 전위 의존적임 (아세트산염 @ −1.1 V, 에틸렌 @ −1.2 V, 에탄올 35% @ −1.3 V). 활성 부위는 Cu(0) 나노클러스터임 (cu-complex-restructuring-active-site).
배위수 조율 Cu–Si 스퍼터링 박막 (paper_269, 2025)
새로운 Nam 연구그룹 항목 — Cu-Si-sputtered-catalyst (FCC Cu 내 Si 침입형 원자, FT-EXAFS로 CN 5.5 확인, 마그네트론 스퍼터링):
| 시스템 | 생성물 | FE | 조건 | 출처 |
|---|---|---|---|---|
| Cu–Si (CN 5.5) | C₂+ | 80% | −1.07 V vs RHE, 1 M KOH, 유동 셀 | Du et al., Adv. Funct. Mater. (2025), Fig. 4g |
| Cu–Si (CN 5.5) | C₂H₄ | 56% | −1.07 V vs RHE, 1 M KOH, 유동 셀 | Fig. 4g |
| Cu–Si (CN 5.5) | C₂H₄ (부분 전류 밀도) | 100 mA cm⁻² | −1.37 V vs RHE 이하 | Fig. 4g, Fig. S₁₉ |
| Cu–Si (CN 5.5) | C₂H₄ (12 h 안정성) | ≈50% (총 >200 mA cm⁻²) | −1.27 V vs RHE | Fig. S₂₁ |
C₂H₄ FE 56%는 C₂H₄ 채널에서 paper_070 Cu-mesopore-electrode (C₂H₄ 38%, C₂H₆ 46%)를 능가함. 선택성은 coordination-number-d-band-CHO-C₂H₄ (낮은 CN → d-밴드 상향 이동 → 낮은 *CO→*CHO 에너지 장벽 → *CHO–*CHO 이량화)로부터 기인함.
위의 −1.7 V vs NHE Cu 메조기공 값과 직접 일대일 비교 불가 — 전해질 (1 M KOH 유동 셀 vs 수성 CO₂), 전위 기준, 셀 유형이 모두 상이하며; 상충하지 않음.
교차 참조: CO2RR-C₂-plus-product-selectivity (paper_074)는 동일한 Cu CO₂RR 생성물 공간에 대한 제3자 C₂/C₃ FE 벤치마크를 표로 정리함 (문헌 맥락, Nam 연구그룹 측정값 아님). faradaic-efficiency-CO는 C₁ CO 선택성 (Au 오목형 RD / N-GQS)을 다룸; 직접 순위 비교 불가 (생성물, 금속, 용매, 정규화 방법이 상이함).