Forskning vid University of Liverpool kan hjälpa forskare att frigöra den fulla potentialen hos ny ren energiteknik.

Att hitta hållbara sätt att ersätta fossila bränslen är en nyckelprioritet för forskare över hela världen. Koldioxid (CO2) är en enormt riklig avfallsprodukt som kan omvandlas till energirika biprodukter, såsom kolmonoxid. Dock, denna process måste göras mycket mer effektiv för att den ska fungera på en global, industriell skala.

Elektrokatalysatorer har visat sig lovande som ett potentiellt sätt att uppnå denna nödvändiga effektivitet "stegförändring" i CO2-minskning, men de mekanismer som de fungerar med är ofta okända vilket gör det svårt för forskare att designa nya på ett rationellt sätt.

Ny forskning publicerad i Naturkatalys av forskare vid universitetets kemiska institution, i samarbete med Beijing Computational Science Research Center och STFC Rutherford Appleton Laboratory, demonstrerar en laserbaserad spektroskopiteknik som kan användas för att studera den elektrokemiska reduktionen av CO2 in-situ och ge välbehövliga insikter om dessa komplexa kemiska vägar.

Forskarna använde en teknik som kallas Vibrational Sum-Frequency Generation (VSFG) spektroskopi i kombination med elektrokemiska experiment för att utforska kemin hos en viss katalysator som heter Mn(bpy)(CO)3Br, som är en av de mest lovande och intensivt studerade elektrokatalysatorerna för CO2-reduktion.

Med hjälp av VSFG kunde forskarna observera viktiga intermediärer som bara finns på en elektrodyta under mycket kort tid - något som inte har uppnåtts i tidigare experimentella studier.

I Liverpool, arbetet utfördes av Cowan Group, ett team av forskare som studerar och utvecklar nya katalytiska system för hållbar produktion av bränslen.

Dr Gaia Neri, som var en del av Liverpool-laget, sa:"En stor utmaning i att studera elektrokatalysatorer på plats är att behöva skilja mellan det enda lagret av kortlivade mellanmolekyler på elektrodytan och det omgivande "bruset" från inaktiva molekyler i lösningen.

"Vi har visat att VSFG gör det möjligt att följa beteendet hos även mycket kortlivade arter i den katalytiska cykeln. Detta är spännande eftersom det ger forskare nya möjligheter att bättre förstå hur elektrokatalysatorer fungerar, vilket är ett viktigt nästa steg mot att kommersialisera processen för elektrokemisk CO2-konversation till rena bränsleteknologier."

Efter denna forskning, teamet arbetar nu för att ytterligare förbättra teknikens känslighet och utvecklar ett nytt detektionssystem som möjliggör ett bättre signal-brusförhållande.

Uppsatsen "Detektion av katalytiska intermediärer vid en elektrodyta under koldioxidreduktion med en jordrik katalysator" publiceras i Naturkatalys .