Theoretical Study of Carbon Dioxide absorption in Room Temperature Ionic Liquids (RTIL'S).

The subject of this PhD thesis is the computational study of the electrochemical reduction mechanism of CO2 to CO in ionic liquids. The capability to absorb, store and convert CO2 with or without ionic liquids efficiently , reducing energy cost and lowering over-potential has become in fact gradually more important over the past 20 years. In this field, ab initio DFT (Density Functional Theory) methods , have proved to be a powerful tool to calculate absorption, adsorption, and reduction rate of chemical species in water, vacuum or RTILs(Room Temperature Ionic Liquids) phases ,thanks to its relative ease of application and computational efficiency. However DFT is characterized by several limitations and this reduces the accuracy and reliability of its predictions. In this scenario, the goal of the present work has been to study the adsorption and reduction of CO2 in ionic liquids using DFT theory with the intent to develop reliable computational protocols. The final aim is to provide a knowledge that may be useful in order to develop and implement commercial methodologies for CO2 reduction. The thesis is focused on the following topics: • CO2 absorption in ionic liquids. • CO2 reduction in electrochemical cells. • CO2 reduction in electrochemical cells with ionic liquids. The simulations performed for each one of these issues have been validated against literature data. The results obtained allowed us to improve our understanding of carbon dioxide reduction at the electrode surface, its absorption in room temperature ionic liquids electrolytes ,and its kinetics at the electrode surface .

Il soggetto di questa tesi di dottorato è lo studio computazionale del meccanismo di riduzione elettrochimica di CO2 in CO in liquidi ionici . La capacità di assorbire, immagazzinare e convertire CO2 con o senza liquidi ionici in modo efficiente , riducendo i costi energetici e l'abbassamento eccessivo potenziale è diventato di fatto via via più importante nel corso degli ultimi 20 anni . In questo campo , ab initio DFT ( Density Functional Theory ) metodi , hanno dimostrato di essere un potente strumento per calcolare l'assorbimento , adsorbimento , e il tasso di riduzione delle specie chimiche in acqua , vuoto o RTILs ( temperatura ambiente ionico liquidi) fasi , grazie alla sua relativa facilità di applicazione e efficienza computazionale . Tuttavia DFT è caratterizzata da diverse limitazioni e ciò riduce la precisione e affidabilità delle sue previsioni . In questo scenario , l'obiettivo del presente lavoro è stato quello di studiare l'assorbimento e la riduzione delle emissioni di CO2 in liquidi ionici con la teoria DFT con l'intento di sviluppare protocolli di calcolo affidabili. L'obiettivo finale è quello di fornire una conoscenza che può essere utile al fine di sviluppare e applicare metodologie commerciali per la riduzione di CO2 . La tesi è incentrata sui seguenti argomenti : • assorbimento di CO2 in liquidi ionici . • riduzione di CO2 in celle elettrochimiche . • riduzione di CO2 in celle elettrochimiche con liquidi ionici . Le simulazioni effettuate per ciascuno di questi problemi sono stati validati con i dati della letteratura . I risultati ottenuti hanno permesso di migliorare la nostra comprensione di riduzione del biossido di carbonio alla superficie dell'elettrodo , il suo assorbimento in temperatura ambiente elettroliti liquidi ionici , e la sua cinetica sulla superficie dell'elettrodo .