Kredit:CC0 Public Domain
En ny katalysator för omvandling av koldioxid (CO 2 ) till kemikalier eller bränslen har utvecklats av forskare vid Ruhr-Universität Bochum och University of Duisburg-Essen. De optimerade redan tillgängliga kopparkatalysatorer för att förbättra deras selektivitet och långsiktiga stabilitet. Resultaten beskrivs av teamet som leds av Dr. Yanfang Song och professor Wolfgang Schuhmann från Bochum Center for Electrochemistry med teamet som leds av professor Corina Andronescu från Duisburg-Essen Technical Chemistry III-gruppen i tidskriften Angewandte Chemie , publicerades online den 9 februari 2021.
Bor gör kopparkatalysatorn stabil
Klimatgasen CO 2 kan omvandlas till större kolföreningar som kan användas som baskemikalier för industrin eller som bränslen. Forskare driver idén att omvandla CO 2 elektrokemiskt med hjälp av förnybar energi. Detta skulle inte bara skapa användbara produkter; de skulle också tjäna som lagring för den förnybara energin. Koppar har redan dykt upp som en lovande katalysator i tidigare studier, men det måste vara i form av en delvis positivt laddad jon — och det är just det som är problemet.
Under konventionella reaktionsförhållanden, koppar omvandlas snabbt från sin positivt laddade form till neutralt tillstånd, vilket är ogynnsamt för bildning av produkter med mer än två kolatomer och därmed deaktiverar katalysatorn.
Teamet från Bochum och Duisburg-Essen modifierade därför en kopparkatalysator med bor. Forskarna testade olika koppar-bor-förhållanden och bestämde den optimala sammansättningen för att gynna bildningen av föreningar med mer än två kolatomer. De visade också att bor-koppar-katalysatorn kan drivas vid strömtätheter som skulle krävas i industriell skala.
Zink förhindrar korrosionsskador
De implementerade systemet i form av en gasdiffusionselektrod där en fast katalysator katalyserar den elektrokemiska reaktionen mellan vätske- och gasfasen. Det är viktigt att tillräckligt med CO 2 löses i gränsområdet mellan gas- och vätskefasen. Forskarna lyckades göra detta genom att använda en speciell pärm.
En annan utmaning är att hålla systemet stabilt under lång tid. Till exempel, korrosion av elektroderna måste förhindras. För detta ändamål, kemisterna integrerade en så kallad offeranod av zink i systemet. Eftersom zink är en mindre ädel metall än koppar, detta är förstört först, medan kopparn är skonad.
"Kombinationen av ett selektivt och aktivt katalysatormaterial i en gasdiffusionselektrod och tillsatsen av den stabiliserande zinken är ett viktigt steg mot användningen av CO 2 för syntes av baskemikalier, sammanfattar Wolfgang Schuhmann.
