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전기화학적 탄소 포집은 에너지 집약적인 열역학적 공정에 대한 유망한 대안으로, 등온 운전 및 재생 에너지원과 의 통합을 가능하게 한다. 그러나 주로 드롭 캐스팅 기술에 의존하는 현재의 전극 제조 방식은 확장성을 제한하고 활물질과 전도성 물질 사이의 불균일한 계면으로 인해 전도 경로의 효율을 저해한다. 본 연구에서는 확장 가능한 전기화학적 탄소 포집 응용 분야를 위해 전기화학적 CO2 반응 특성을 가짐과 동시에 용액 공정이 가능하고 산화-환원 활성을 가지는 폴리이미드 (redox-active polyimides, RAP)의 첫 번째 사례를 보고한다. 합성된 RAP는 N-메틸-2-피롤리돈(N-methyl-2-pyrrolidone, NMP) 및 N,N-디메틸포름아미드(N,N-dimethylformamide, DMF)와 같은 유기 용매에서 우수한 용액 가공성을 보였으며, 용해도는 산화-환원 활성 유닛을 가지는 단량체의 조성에 따라 달랐다. 질소 및 이산화탄소 포화 조건에서 수행된 순환 전압전류법 실 험을 통해 CO2 대기 조건에서 반파 전위의 뚜렷한 변화를 관찰하였으며, 이는 RAP의 CO2 분자와의 반응성을 입증해주는 결 과이다. 용액 가공성, 산화-환원 활성, CO2 반응성의 조합은 RAP를 대규모 전기화학적 탄소 포집 시스템에서 활용 가능한 유 망한 후보로 자리매김하여 효과적인 CO2 제거 성능을 유지하면서 전극 호환성과 제조 확장성 측면에서 중요한 과제를 해결 할 수 있다.
Electrochemical carbon capture represents a promising alternative to energy-intensive thermodynamic processes, offering isothermal operations and integration with renewable energy sources. However, current electrode fabrication methods, primarily relying on drop-casting techniques, limit scalability and result in inefficient conductive pathways due to heterogeneous interfaces between active materials and conductive bodies. Herein, we report the first example of solution- processable redox-active polyimides (RAPs) with electrochemical CO2-responsive properties for scalable electrochemical carbon capture applications. Synthesized RAPs exhibited excellent solution processability in organic solvents such as N-methyl-2-pyrrolidone (NMP) and N,N-dimethylformamide (DMF), with solubility varying according to the composition of redox-active units. Cyclic voltammetry experiments conducted under nitrogen and carbon dioxide saturated conditions demonstrated the CO2 responsiveness of RAPs, revealing a distinct shift in half-wave potential under CO2 atmosphere. The combination of solution processability, redox activity, and CO2 responsiveness positions RAPs as promising candidates for large-scale electrochemical carbon capture systems, addressing critical challenges in electrode compatibility and manufacturing scalability while maintaining effective CO2 removal performance.
1. Introduction
2. Experimental
2.1. Materials and methods
3. Results and Discussion
3.1. Synthesis and characterization of solutionprocessableredox-active polyimides
3.2. Electrochemical properties of solutionprocessableredox-active polyimides
4. Conclusion
Author Contributions
Notes
Acknowledgements
Reference
