(Vänster) Schematisk bild som visar produktionen av metanol genom elektrokatalytisk reduktion av koldioxid med användning av PD-Zn/Ag-skumkatalysatorn. (Höger) Svepelektronmikroskopibild av ytan på PD-Zn/Ag-skumkatalysatorn. Områdena med "hål" är silverskummet medan de andra delarna visar zinkdendriterna som ligger på det. Kredit:National University of Singapore
NUS-kemister har utvecklat en mycket effektiv nanostrukturerad katalysator baserad på zink och silver som kan omvandla koldioxid, en miljöförorening och växthusgas, till metanol för användning som kemiskt råmaterial och bränsle.
Den elektrokatalytiska reduktionen av koldioxid med förnybar el och en lämplig katalysator är en lovande grön tillverkningsmetod för att producera kemikalier och bränslen på ett hållbart sätt. Metanol är en av de mest värdefulla produkterna som kan genereras från denna process. Förutom dess användning som bränsle, det används också som en kemisk byggsten för att producera mer komplexa kemikalier som ättiksyra. Även om den kemiska strukturen för metanol kan vara enkel, dess omvandlingseffektivitet från koldioxid är dålig.
En forskargrupp ledd av Prof Yeo Boon Siang, Jason, från Institutionen för kemi, NUS i samarbete med Dr. Federico Calle-Vallejo från universitetet i Barcelona, Spanien har upptäckt att zinkdendriter avsatts på silverskum (benämnt PD-Zn/Ag-skum), kan användas som en katalysator för att omvandla koldioxid till metanol med hög effektivitet. Zink- och silvermetaller för sig, och deras legeringar, är mer effektiva för att omvandla koldioxid till kolmonoxid. Dock, genom att mönstra dem i nanometerskala, deras funktionalitet som katalysator kan förbättras. Det resulterande PD-Zn/Ag-skummet kan producera metanol med en Faradaic effektivitet och strömtäthet som når så högt som 10,5 % och -2,7 mA/cm 2 , respektive. Detta representerar en tiofaldig ökning jämfört med konventionella zink-silver-katalysatorer. Med hjälp av experimentella resultat och teoretiska beräkningar, de katalytiskt aktiva platserna identifierades vara ansträngda zinkdendriter avsatta på silverbärarmaterialet. Dessa aktiva platser binder starkt till kolmonoxidintermediärer, vilket i sin tur underlättar deras omvandling till metanol.
Prof Yeo sa, "Detta arbete illustrerar att nanostrukturerade bimetallsystem kan förbättra både aktiviteten och selektiviteten för den katalytiska koldioxidreduktionsreaktionen. Forskningsresultatet kan utnyttjas för att designa och syntetisera katalysatorer med förbättrad funktionalitet."
Bygger på forskningsresultaten från deras arbete, forskargruppen planerar att utveckla katalysatorer med högre metanolomvandlingseffektivitet.
