通過提供標記化學相同分子的獨特機會，使用穩定、良性的同位素在理解代謝途徑、藥物發現和闡明化學轉化方面實現了突破。雖然穩定同位素有廣泛的應用，但其部署受到有限的制造能力和稀有同位素的高分離成本的限制化學工業中使用的大多數分離技術利用同位素物理性質的差異，例如沸點或滲出率。同位素具有非常相似的物理性質，并且由此產生的分離過程非常復雜。因此，同位素的工業分離需要數百個階段才能達到所需的同位素純度，這導致處理時間延長、能耗和成本較高，并最終限制了用于醫療保健和研究的標記化合物的供應。因此，發現能夠大幅降低富含同位素的化學品的價格及其更廣泛的可用性的新方法將有利于科學和技術。

鑒于改善穩定同位素材料獲取的重要性，我們試圖了解是否可以采用在能源轉型背景下快速發展的技術（例如CO?2電解）來分離同位素。如果成功，這些方法不僅可以促進同位素的獲取，還可以提供提供高價值產品的機會，從而促進化學品和燃料碳中和生產的擴大和部署。我們重點關注碳 13 (?13?C)，這是一種穩定的碳同位素，自然豐度為 1.1%，廣泛應用于衛生部門，最近也用于新冠肺炎治療研究和診斷，有助于形成預計的化合物2020 年至 2027 年間年增長率為 2.2%。?13?C 富集化合物無放射性（與14?C 不同），因此是安全的并且可用于蛋白質定量研究、代謝過程分析（例如癌癥新陳代謝?)，以及醫學診斷測試，例如用于檢測是否存在幽門螺桿菌感染的尿素呼氣測試。

目前，13 C是通過一氧化碳或甲烷的低溫蒸餾以工業規模生產的。?由于原料中13 C的自然豐度較低，且12?C 和13 C分離困難，現有13?C 生產工廠部署了超過 100 米高的根塔，每噸的產量不足一噸。年（據報道最大的13?C 制造工廠每年可生產約 525 千克13?C?）。根據工業部署流程的報告，我們估計需要 15 天才能將 CO 流從 1.1% 預濃縮至 10%?13?C 含量。

因此，人們對尋找更具規模和成本效益的方法來分離這種重要的同位素非常感興趣。報道了基于熱擴散、化學交換、和反應分離的方法；然而，這些提高的流程效率都不足以打入市場。激光分離24 是一種新興的鈾和硅分離商業方法，也已被研究用于13?C 濃縮；然而，它們的部署需要使用鹵代化合物，例如CHClF?2?/Br?2，并且加上有限的工藝效率，最終沒有產生可行的大規模方法。25因此，仍然需要一種替代同位素濃縮方法，該方法將在經濟和環境方面帶來顯著改善。

為了尋找13?C 生產的替代方法，我們首先分析了光合作用中13 C 的富集效應。在自然發生的碳循環中，12?CO?2同位素體優先通過幾個子步驟（CO?2吸收、轉化為光合作用前體）用于光合作用過程。因此，相對于13?C ，?12 C 優先在生物量中積累。?我們假設，由于 CO?2電解（CO2R）與光合作用有一些相似之處，它也可能在 CO 轉化過程中區分13?C 和12 C?2含有一個或多個碳分子的產品。此外，據報道，電解本身對于鋰同位素分離具有明顯的富集作用。盡管這種影響很小，但我們預計，通過仔細控制 CO?2電解中發生的所有分子事件，我們也許能夠進一步加強電化學相關的富集，并最終使用 CO?2電還原作為一種有效的方法產生13?C 同位素。