En ny katalysator bryter koldioxid till användbara kemikalier snabbare, billigare, och mer effektivt än standardmetoden, rapporterar ett team av forskare i veckans nummer av PNAS . Upptäckten kan göra det möjligt att ekonomiskt förvandla koldioxid till bränslen.

Koldioxid är en stabil, rikligt med gas. Det är faktiskt lite för rikligt, och den extra koldioxiden i atmosfären förändrar planetens klimat. Att veta detta, många kemister arbetar på effektiva sätt att förvandla koldioxid till andra användbara produkter. Men koldioxidens stabilitet gör det här tufft. Det är svårt att få tag på molekylen, glad på egen hand, att reagera med något annat.

Den bästa befintliga tekniken för att elektrokemiskt bryta koldioxid i bitar som kommer att reagera kemiskt använder en katalysator gjord av platina. Men platina är en sällsynt dyr metall.

Nu, ett team av forskare ledd av Yongtao Meng, en före detta UConn doktorand i labbet hos Institute for Materials Science Director Steve Suib och nu forskare vid Stanford University, har kommit på ett bättre sätt. De skapade en elektrokemisk cell fylld med en porös, skummande katalysator av nickel och järn. Båda metaller är billiga och rikliga. När koldioxidgas kommer in i den elektrokemiska cellen, och en spänning appliceras, katalysatorn hjälper koldioxiden (en kolatom med två syreämnen) att bryta av syre för att bilda kolmonoxid (en kolatom med ett syre.) Kolmonoxiden är mycket reaktiv och en användbar prekursor för att tillverka många typer av kemikalier, inklusive plast och bränslen som bensin.

Inte bara fungerar den nya nickel-järn-katalysatorn bra; det är faktiskt mer effektivt än den dyra platinaprocessen som den skulle kunna ersätta. Den elektrokemiska cellen som använder nickel-järn-katalysatorn får nästan 100 % effektivitet.

"Det är nästan ovanligt. Normalt i ett bra system får du 90 till 95% effektivitet, men det kanske inte är stabilt, kanske inte fungerar på samma låga spänning eller kanske inte är billig, " säger Suib. Den här processen har allt detta.

Suibs labb använde skanningstransmissionselektronmikroskopi för att kartlägga tvärsnitt av den nya nickel-järnkatalysatorn, avslöjar dess inre struktur. Tekniskt sett är det ett nickeljärnhydroxidkarbonat, med en porös struktur som gör att koldioxidgasen kan strömma genom den. Suibs mikroskopi visade att katalysatorn förblev intakt och inte bryddes ned från användning.

Nästa steg i processen är att se om det går att skala upp, tillverkas i bulk, och testas i industrisituationer som kraftverk som producerar stora mängder koldioxid som avfallsprodukt.