journal article·2025-12-01

Electrochemically Integrated Carbon Capture and Utilization

Yiwen Zhong, Zhi Zheng, Derek Hao, Huanyu Jin, Xiaobo Zheng, Yitong Li, Hai Yu, Baohua Jia, Tianyi Ma, Peng Li

ACS Materials Letters· Volume 7· Issue 12
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Abstract

Electrochemically integrated carbon capture and utilization (eICCU) couples carbon capture with electrolysis to convert captured CO 2 directly into feedstocks, avoiding thermal regeneration, compression, and gas purification. This integration can raise carbon, energy, and system efficiencies, yet progress is limited by an incomplete mechanistic insight, the absence of absorbent selection rules, and a lack of catalyst design principles. This review clarifies these gaps and outlines a framework to accelerate the field. We (i) define eICCU and benchmark it against sequential capture-then-electrolysis routes; (ii) catalog milestones across absorbent classes─amines, hydroxides, and amino acid salts─and distill criteria for optimal selection and blend design; (iii) assess emerging catalyst families, highlighting speciation-aware optimization and priorities for multicarbon products; and (iv) discuss system architecture from absorber to electrolyzer and product separation. Addressing these elements positions eICCU to enable lower-energy carbon mitigation and on-site sustainable feedstock production within a circular carbon economy.
Source: openalex_inverted_index · Quality: baseline

Research context

OpenAlex topics: Carbon Dioxide Capture Technologies · CO2 Reduction Techniques and Catalysts · Carbon dioxide utilization in catalysis

SciVX discovery tags are terminology-based. OpenAlex topics are source-provided classifications.

Affiliations

Centre for Atomaterials and Nanomanufacturing (CAN), School of Science

RMIT University

ARC Industrial Transformation Research Hub for Intelligent Energy Efficiency in Future Protected Cropping (E2Crop)

CSIRO Energy

Institute of Technology for Carbon Neutrality, Shenzhen Institutes of Advanced Technology

Chinese Academy of Sciences

Centre for Clean Energy Technology, School of Mathematical and Physical Sciences, Faculty of Science

University of Technology Sydney

Funding

Australian Research Council · Australian Government · Australian Renewable Energy Agency · European Commission?s Australia-Spain Network for Innovation and Research Excellence

References (100+)

Show source-provided references
1. 2021
2. Bouckaert S. · 2021
3. 10.1039/D4CS00480A10.1039/D4CS00480A ↗
4. 10.1039/D2CS00038E10.1039/D2CS00038E ↗
5. 10.1038/s43017-022-00285-w10.1038/s43017-022-00285-w ↗
6. 10.1039/D2CS00512C10.1039/D2CS00512C ↗
7. 10.1039/C7EE02342A10.1039/C7EE02342A ↗
8. 10.1002/ghg.215110.1002/ghg.2151 ↗
9. 10.1038/s41558-023-01709-110.1038/s41558-023-01709-1 ↗
10. 10.1038/s41578-024-00696-910.1038/s41578-024-00696-9 ↗
11. 10.1039/D4CS00834K10.1039/D4CS00834K ↗
12. 10.1021/jacs.0c0235610.1021/jacs.0c02356 ↗
13. 10.1021/acscatal.2c0501910.1021/acscatal.2c05019 ↗
14. 10.1039/D2NR02894H10.1039/D2NR02894H ↗
15. 10.1016/j.jcou.2022.10226010.1016/j.jcou.2022.102260 ↗
16. 10.1126/science.113763210.1126/science.1137632 ↗
17. 10.1126/science.117673110.1126/science.1176731 ↗
18. 10.1021/am507465f10.1021/am507465f ↗
19. 10.1016/j.egypro.2014.11.00410.1016/j.egypro.2014.11.004 ↗
20. 10.1016/j.desal.2015.08.00410.1016/j.desal.2015.08.004 ↗
21. 10.1039/D2SC00220E10.1039/D2SC00220E ↗
22. Nakao S.-i. · 2019 · 310.1007/978-3-030-18858-0_2 ↗
23. 10.1016/j.egypro.2014.11.00310.1016/j.egypro.2014.11.003 ↗
24. 10.1038/s41560-019-0450-y10.1038/s41560-019-0450-y ↗
25. 10.1002/adma.20227018810.1002/adma.202270188 ↗
26. 10.1126/sciadv.aay311110.1126/sciadv.aay3111 ↗
27. 10.1088/2515-7655/ac782310.1088/2515-7655/ac7823 ↗
28. 10.1016/j.joule.2023.05.00210.1016/j.joule.2023.05.002 ↗
29. 10.1039/D4CS00390J10.1039/D4CS00390J ↗
30. 10.1038/s41467-024-51700-310.1038/s41467-024-51700-3 ↗
31. 10.1038/s41560-025-01869-810.1038/s41560-025-01869-8 ↗
32. 10.1016/j.joule.2023.03.01310.1016/j.joule.2023.03.013 ↗
33. 10.1002/smll.20250989510.1002/smll.202509895 ↗
34. 10.1021/jacs.3c0114210.1021/jacs.3c01142 ↗
35. 10.1021/acsenergylett.3c0073810.1021/acsenergylett.3c00738 ↗
36. 10.1021/acsenergylett.4c0285210.1021/acsenergylett.4c02852 ↗
37. 10.1039/D4EY00285G10.1039/D4EY00285G ↗
38. 10.1021/acs.accounts.3c0057110.1021/acs.accounts.3c00571 ↗
39. Rochelle G. · 2016 · 35
40. 10.1016/j.egypro.2014.11.19010.1016/j.egypro.2014.11.190 ↗
41. 10.1039/D2NR03310K10.1039/D2NR03310K ↗
42. 10.1016/j.rser.2022.11290210.1016/j.rser.2022.112902 ↗
43. 10.1016/j.ijggc.2019.06.01210.1016/j.ijggc.2019.06.012 ↗
44. 10.1021/acs.est.9b0793010.1021/acs.est.9b07930 ↗
45. 10.1016/j.apenergy.2020.11484810.1016/j.apenergy.2020.114848 ↗
46. 10.1016/j.rser.2020.10979910.1016/j.rser.2020.109799 ↗
47. Bishnoi, S. Carbon Dioxide Absorption and solution equilibrium in piperazine-activated methyldiethanolamine. The University of Texas at Austin, 2000.
48. 10.1016/S0009-2509(00)00182-210.1016/S0009-2509(00)00182-2 ↗
49. 10.1016/j.ces.2013.12.02810.1016/j.ces.2013.12.028 ↗
50. 10.1016/j.jcou.2022.10227710.1016/j.jcou.2022.102277 ↗
51. 10.1021/ie800914m10.1021/ie800914m ↗
52. 10.1002/aic.69049101910.1002/aic.690491019 ↗
53. 10.1016/j.ijggc.2015.06.01710.1016/j.ijggc.2015.06.017 ↗
54. 10.1038/s41893-022-00879-810.1038/s41893-022-00879-8 ↗
55. 10.1002/cssc.20170107510.1002/cssc.201701075 ↗
56. Adams T. A. · 2014 · 16310.1016/B978-0-444-59566-9.00006-5 ↗
57. 10.1016/j.joule.2019.05.02110.1016/j.joule.2019.05.021 ↗
58. 10.1021/acsenergylett.9b0097510.1021/acsenergylett.9b00975 ↗
59. 10.1016/j.ijggc.2012.07.01910.1016/j.ijggc.2012.07.019 ↗
60. 10.1016/j.ijggc.2018.10.00210.1016/j.ijggc.2018.10.002 ↗
61. 10.1039/D0TA10583J10.1039/D0TA10583J ↗
62. 10.1021/acs.iecr.9b0179310.1021/acs.iecr.9b01793 ↗
63. 10.1038/s41467-024-51908-310.1038/s41467-024-51908-3 ↗
64. 10.1038/s41560-020-00735-z10.1038/s41560-020-00735-z ↗
65. 10.1021/acscatal.3c0250010.1021/acscatal.3c02500 ↗
66. 10.1021/acsenergylett.3c0195310.1021/acsenergylett.3c01953 ↗
67. 10.1016/j.joule.2023.05.01010.1016/j.joule.2023.05.010 ↗
68. 10.1021/jp404356e10.1021/jp404356e ↗
69. 10.1016/j.egypro.2011.02.02310.1016/j.egypro.2011.02.023 ↗
70. 10.1021/acs.jpcb.1c1075510.1021/acs.jpcb.1c10755 ↗
71. 10.1039/C4CS00035H10.1039/C4CS00035H ↗
72. 10.1016/j.egypro.2011.02.04110.1016/j.egypro.2011.02.041 ↗
73. 10.1016/j.cej.2015.08.08610.1016/j.cej.2015.08.086 ↗
74. 10.1021/ie050547s10.1021/ie050547s ↗
75. 10.1021/je800031p10.1021/je800031p ↗
76. 10.1021/je100078w10.1021/je100078w ↗
77. 10.1021/je101226310.1021/je1012263 ↗
78. 10.1016/j.jcou.2024.10272710.1016/j.jcou.2024.102727 ↗
79. 10.1039/D4RE00379A10.1039/D4RE00379A ↗
80. 10.1002/anie.20231358010.1002/anie.202313580 ↗
81. 10.1021/jacs.3c0391910.1021/jacs.3c03919 ↗
82. 10.1016/j.egypro.2017.03.141610.1016/j.egypro.2017.03.1416 ↗
83. 10.1021/jacs.4c0391510.1021/jacs.4c03915 ↗
84. 10.1016/j.egypro.2017.03.129810.1016/j.egypro.2017.03.1298 ↗
85. 10.1016/j.ijggc.2017.01.00910.1016/j.ijggc.2017.01.009 ↗
86. 10.1016/j.ijggc.2017.03.02110.1016/j.ijggc.2017.03.021 ↗
87. 10.1021/es901376a10.1021/es901376a ↗
88. 10.1016/j.rser.2018.09.01910.1016/j.rser.2018.09.019 ↗
89. 10.1016/j.jece.2024.11266410.1016/j.jece.2024.112664 ↗
90. 10.1016/0584-8539(95)01479-910.1016/0584-8539(95)01479-9 ↗
91. 10.1002/cphc.20120006610.1002/cphc.201200066 ↗
92. 10.1021/ie960558910.1021/ie9605589 ↗
93. 10.1016/j.egypro.2011.01.09610.1016/j.egypro.2011.01.096 ↗
94. 10.1016/j.ijggc.2014.06.02510.1016/j.ijggc.2014.06.025 ↗
95. 10.1016/j.jcou.2015.04.00410.1016/j.jcou.2015.04.004 ↗
96. 10.1016/j.joule.2023.05.00310.1016/j.joule.2023.05.003 ↗
97. 10.1021/acsenergylett.4c0080710.1021/acsenergylett.4c00807 ↗
98. 10.1016/j.joule.2024.10.01010.1016/j.joule.2024.10.010 ↗
99. 10.1039/C7GC03069J10.1039/C7GC03069J ↗
100. 10.1039/D2EE01825J10.1039/D2EE01825J ↗