Nyligen, teknik för elektrokemisk omvandling (e-kemisk) - som omvandlar koldioxid till högförädlade föreningar med förnybar elektricitet - har fått forskningsuppmärksamhet som en teknik för utnyttjande av koldioxid (CCU). Denna gröna kolresursteknologi använder elektrokemiska reaktioner med koldioxid och vatten som den enda råvarukemikalien för att syntetisera olika föreningar, istället för konventionella fossila bränslen. Elektrokemisk CO ₂ omvandling kan ge värdeskapande och viktiga molekyler inom den petrokemiska industrin som kolmonoxid och eten. Eten, kallas "branschens ris", ' används i stor utsträckning för att producera olika kemiska produkter och polymerer, men det är mer utmanande att producera från elektrokemisk CO ₂ minskning. Bristen på förståelse för reaktionsvägen genom vilken koldioxid omvandlas till eten har begränsat utvecklingen av högpresterande katalysatorsystem och för att främja dess tillämpning för att producera mer värdefulla kemikalier.

För att övervinna denna begränsning, ett inhemskt forskarlag i Sydkorea har gjort ett genombrott när det gäller att avslöja en nyckelvägsutlösande intermediär i etenproduktionsreaktionen. Dr Yun-Jeong Hwang och hennes team vid Clean Energy Research Center vid Korea Institute of Science and Technology (KIST) har meddelat att de framgångsrikt har observerat de viktigaste intermediärerna som adsorberas på ytan av en kopparbaserad katalysator under elektrokemisk CO ₂ minskning till etenproduktion och analyserade dess beteende i realtid. Denna forskning genomfördes i samarbete med professor Woo-Yul Kim och hans team vid institutionen för kemi- och biologisk teknik, Sookmyung Women's University, med stöd av teknikutvecklingsprojektet för klimatförändringssvar (Next Generation Carbon Upcycling Project Group, leds av Ki-Won Jun).

Det har rapporterats att kopparbaserade katalysatorer kan främja koldioxidomvandling för att syntetisera inte bara relativt enkel kolmonoxid eller myrsyra utan även flerkolföreningar såsom eten och etanol. Ändå, Utvecklingen av kontrollteknologi för selektiv syntetisering av föreningar med högt förädlingsvärde har begränsats på grund av frånvaron av information om viktiga intermediärer och vägar för den kol-kolbindningsbildande reaktionen.

Genom infraröd spektroskopi, forskargruppen observerade den intermediär som ansvarar för bildningen av etenintermediären (OCCO) samt den som ansvarar för produktionen av metan (CHO). Mellanprodukten är en dimer av kolmonoxid som bildas under koldioxidomvandlingsreaktionen på ytan av kopparnanopartikelkatalysatorn. Som ett resultat, kolmonoxid och etenmellanprodukten (OCCO) producerades samtidigt, medan metanolintermediären (CHO) producerades relativt långsammare än de två andra intermediärerna, vilket föreslår möjligheten att ytterligare förbättra selektiviteten för föreningsbildning på katalysatorytan genom att kontrollera reaktionsvägen.

Dessutom, kopparhydroxid (Cu(OH) ₂ ) nanotråd föreslogs som en lovande katalysator som uppvisar utmärkta prestanda mot etenproduktion genom att påskynda bildningen av kol-kolbindningar. Forskargruppen fann att det fanns flera katalytiska ställen där kolmonoxid kan adsorberas på ytan av katalysatorn som härrör från kopparhydroxid och att kolmonoxid adsorberad på en specifik plats snabbt bildar en mellanprodukt genom kol-kolbindning. Ytterligare forskning om denna intermediär förväntas bidra väsentligt till identifieringen av de aktiva platserna för den kol-kolbindningsbildande reaktionen, som har varit föremål för debatt.

"Framgången för denna studie är betydande eftersom den har presenterat en nyckelriktning för grundforskning relaterad till artificiell fotosyntes som har varit outforskad i Korea, genom en gemensam utredning av såväl forskningsinstitutet som universitetet, " sa Dr Yun-Jeong Hwang från KIST. "Baserat på detta, vi kommer att kunna bidra väsentligt till tillväxten av nästa generations teknik för omvandling av kolresurser baserad på hållbar energi som svar på klimatförändringarna."