Forskare har utvecklat ett nytt recept för att skapa syntesgasblandningar, eller syngas, som innebär att man lägger till en nypa kopparatomer strödda ovanpå en guldyta. Det nya materialet stöder en elektrokemisk reaktion vid rumstemperatur som kan omvandla koldioxid och vatten till syngas, en blandning av kolmonoxid och väte, och en viktig föregångare vid produktion av kemikalier och syntetiska bränslen.

Forskarna säger att syngas kan omvandlas nedströms till små molekyler, som etanol, eller större kolväten, som de i bensin, genom fermentering eller termokemi. Att designa ett material och en process som enkelt kan kontrollera sammansättningen av syngas skulle vara en viktig förbättring för att minska miljöpåverkan från dessa industriella processer.

De beskriver sin design i en tidning som nyligen publicerats i Journal of the American Chemical Society . Studien leddes av Peidong Yang, senior fakultetsforskare vid Department of Energy's Lawrence Berkeley National Laboratory (Berkeley Lab) Materials Sciences Division, och Edward Sargent, professor vid University of Torontos avdelning för elektro- och datorteknik.

"Vi känner inte till någon annan enskild elektrokatalysator som kombinerar höga produktionshastigheter med en så omfattande kontroll av syngassammansättning, sa Yang, som också är professor i kemi vid University of California, Berkeley. "Många processer som använder syngas kräver olika sammansättningar av gas, så vi ville skapa en familj av elektrokatalysatorer som lätt kan justeras."

Forskarna fann att de kunde kontrollera mängden kolmonoxid och väte som genereras av elektrokatalysatorn genom att justera mängden kopparatomer som skiktas på en nanostrukturerad guldyta.

"Kopparen ändrar styrkan med vilken CO2 binder till ytan, " sade studiens huvudförfattare Michael Ross, en postdoktor i Yangs labb. "En nanostrukturerad yta som i första hand är guld ger mestadels kolmonoxid. För att producera en blandning som är mer väterik, vi lägger till mer koppar."

Forskarna använde röntgenfotoelektronspektroskopi vid Berkeley Labs Molecular Foundry för att kvantifiera mängden koppar på guldelektrokatalysatorn som behövs för att skapa olika syngasblandningar. Till exempel, ett 1-atom-tjockt lager av koppar som täcker guldytan kan producera en 2-till-1-blandning av väte till kolmonoxid. När guldet lämnas oförfalskat, väte-till-kolmonoxidblandningen är 1-till-10, uppvisar stor flexibilitet i syngasproduktion.

"Om dessa elektrokatalysatorer kunde skalas upp för att fungera i industriella reaktorer, vi skulle kunna tillverka syngas med förnybart genererad elektricitet och CO2, " sa Ross. "Syngas omvandlas för närvarande till metanol, dieselbränsle, och andra användbara kemikalier över hela världen. Detta kan göra produktionen av dessa kemikalier mycket mer hållbar."