Forskare vid Oregon State University har gjort ett viktigt framsteg i strävan efter grön kemi att omvandla växthusgasen koldioxid till återanvändbara former av kol via elektrokemisk reduktion.

Publicerad i Naturenergi , studien ledd av Zhenxing Feng från OSU College of Engineering och kollegor vid Southern University of Science and Technology i Kina och Stanford University beskriver en ny typ av elektrokatalysator.

Katalysatorn kan selektivt främja en CO ₂ reduktionsreaktion som resulterade i en önskad produkt - kolmonoxid var valet i denna forskning. En katalysator är allt som påskyndar en kemisk reaktion utan att förbrukas av reaktionen.

"Reduktionen av koldioxid är fördelaktigt för en ren miljö och hållbar utveckling, sa Feng, biträdande professor i kemiteknik. "I motsats till traditionell CO ₂ reduktion som använder kemiska metoder vid höga temperaturer med ett stort behov av extra energi, elektrokemisk CO ₂ reduktionsreaktioner kan utföras vid rumstemperatur med användning av flytande lösning. Och den elektricitet som krävs för elektrokemisk CO ₂ minskning kan erhållas från förnybara energikällor som solenergi, vilket möjliggör helt gröna processer."

En reduktionsreaktion innebär att en av de inblandade atomerna får en eller flera elektroner. I den elektrokemiska reduktionen av koldioxid, metall nanokatalysatorer har visat potentialen att selektivt minska CO ₂ till en viss kolprodukt. Att kontrollera nanostrukturen är avgörande för att förstå reaktionsmekanismen och för att optimera prestanda hos nanokatalysatorn i jakten på specifika produkter, som kolmonoxid, myrsyra eller metan, som är viktiga för andra kemiska processer och produkter.

"Dock, på grund av många möjliga reaktionsvägar för olika produkter, koldioxidreduktionsreaktioner har historiskt sett haft låg selektivitet och effektivitet, " Feng sa. "Elektrokatalysatorerna måste främja reaktionen med hög selektivitet för att få en viss produkt, kolmonoxid i vårt fall. Trots många ansträngningar på detta område, det hade varit små framsteg."

Feng och hans forskningsmedledare provade en ny strategi. De tillverkade nickelftalocyanin som en molekylärt konstruerad elektrokatalysator och fann att den visade överlägsen effektivitet vid höga strömtätheter för att omvandla CO ₂ till kolmonoxid i en gasdiffusionselektrodanordning, med stabil drift i 40 timmar.

"För att förstå reaktionsmekanismen för vår katalysator, min grupp på OSU använde röntgenabsorptionsspektroskopi för att övervaka katalysatorns förändring under reaktionsprocesserna, bekräftar katalysatorns roll i reaktionen, " Feng sa. "Detta samarbetsarbete visar en högpresterande katalysator för gröna processer av elektrokemisk CO ₂ reduktionsreaktioner. Det belyser också reaktionsmekanismen hos vår katalysator, som kan styra den framtida utvecklingen av energiomvandlingsanordningar när vi arbetar mot en negativ koldioxidekonomi."