Kredit:Arán-Ais et al.
Elektrisk energi från förnybara källor kan användas för att omarrangera bindningar i koldioxid (CO 2 ) och vattenmolekyler till komplexa kolväten, som sedan kan brännas för att producera ny energi och CO 2 , slutligen möjliggör en koldioxidcykel. Koppar är ett katalytiskt material som har visat sig vara lovande för att möjliggöra denna process och underlätta CO 2 elektroreduktionsreaktion (CO 2 RR).
Två nyckelelement när man försöker förstå parametrarna som styr CO 2 RR-reaktion är en väldefinierad ytstruktur och känd materialkomposition. Tidigare teoretiska och experimentella studier har visat att C-C-kopplingsvägen för generering av eten gynnas på Cu(100)-ytan.
På senare tid, forskare märkte den viktiga katalytiska roll som Cu spelade 5+ och syre under ytan för produktion av C2-C3 kolväten och alkohol. Dock, stabiliserande koppar under de förhållanden som är nödvändiga för CO 2 elektroreduktionsreaktion (CO 2 RR) att äga rum har hittills visat sig vara mycket utmanande.
Forskare vid Fritz-Haber Institute, en del av Max-Plank Society i Berlin, har genomfört en studie som syftar till att stabilisera Cu(I), koppar i 1+ oxidationstillståndet, för att bättre förstå dess roll i CO 2 RR -reaktion. I en färsk tidning, publiceras i Naturenergi , de rapporterade en ökad effektivitet i att producera etanol med koppar, uppnås genom att ställa in strukturen och oxidationstillståndet för Cu(I)-katalysatorer.
"Än så länge, stabiliseringen av Cu(I)-arter under CO 2 reduktionsförhållandena har visat sig vara mycket svåra, "Beatriz Roldan Cuenya, en av forskarna som genomförde studien, berättade TechXplore. "Huvudmålet med vår studie var att kunna generera Cu(I)-arter och övergående stabilisera dem på en väldefinierad yta, för att sedan studera deras inverkan på CO 2 RR -produktselektivitet. "
I deras studie, Roldan Cuenya och hennes kollegor justerade strukturen och oxidationstillståndet för kopparkatalysatorer med hjälp av en teknik som kallas pulserad elektrolys. Denna teknik gjorde det möjligt för dem att designa en pulsad potentialsekvens, vilket möjliggjorde samtidig avstämning av både ytstrukturen och sammansättningen av Cu -katalysatorer under CO 2 RR -reaktion.
Forskarna övervakade förändringar i katalysatorns struktur samt dess kemiska tillstånd. Detta ledde slutligen till intressanta nya rön om mekanismerna genom vilka kopparkatalysatorer möjliggör generering av kolväten via CO 2 RR -reaktion.
"Våra resultat tyder på att kombinationen av (100) domäner, defekta platser, och ytan Cu 2 O är den bästa konfigurationen för att förbättra CO 2 RR-reaktionsväg som leder till C 2+ Produkter, Roldan Cuenya förklarade. "I synnerhet, en ökad etanolselektivitet skulle kunna kopplas till samexistensen av Cu(I) och Cu 0 arter, medan etenutbytet dominerades av längden på Cu(100)-terrasserna."
Den senaste studien som gjorts av detta forskargrupp samlade nya intressanta fynd som kastar lite ljus på kopparkatalysatorernas roll för att underlätta den elektrokemiska omvandlingen av CO 2 . I framtiden, tekniken som används av Roldan Cuenya och hennes kollegor kan användas för att justera elektrokemiska gränssnitt med begränsade ytstrukturer och kompositioner, så att de kan användas för att selektivt producera C 2 Produkter.
"I våra nästa studier, skulle vilja utforska effekten av den kontinuerliga regenereringen av Cu(I)-arter på andra ytorienteringar och slutligen tillämpa detta pulsade protokoll på andra nanopartikelsystem som syftar till mer praktiska tillämpningar i riktiga elektrolysörer, " sa Roldan Cuenya.
© 2020 Science X Network
