Forskare från University of Tsukuba och Osaka University finner att en polymerbeläggning effektivt kan transportera CO2-molekyler till en metallkatalysator, därmed påskynda produktbildningen och erbjuda potentiella strategier för återvinning av växthusgaser. Kredit:University of Tsukuba
Det är väletablerat att ackumulering av växthusgaser, som koldioxid (CO 2 ), i atmosfären bidrar till klimatförändringarna. Därför, CO 2 fångst och återvinning är avgörande för att mildra skadliga miljöeffekter och hantera klimatkrisen. Nyligen, forskare från Japan designade en polymerbelagd metallkatalysator som accelererar CO 2 konvertering och erbjuder insikter om grön energi.
I en studie publicerad i ACS-katalys , forskare från University of Tsukuba beskriver porösa tenn (Sn) katalysatorer belagda med polyetylenglykol (PEG) och visar hur denna polymer underlättar CO 2 omvandling till ett användbart kolbaserat bränsle.
Olika polymerer kan fånga CO 2 molekyler, och Sn-katalysatorer är kända för att reducera CO 2 till andra molekyler, som formiat (HCOO-), som kan återanvändas för att driva bränsleceller.
"Vi var intresserade av att kombinera dessa funktioner till ett enda katalytiskt system som kunde skrubba CO 2 från sin omgivning och återvinn det till format, säger forskargruppsledaren, Professor Yoshikazu Ito. "Dock, det är svårt att bara få den önskade produkten, formatera, med hög produktionshastighet och högt utbyte, så vi var tvungna att finjustera katalysatordesignen." Formiatproduktionshastigheten för PEG-belagd Sn var 24 gånger högre än för en konventionell Sn-plattelektrod, och inga biprodukter upptäcktes (> 99% utbyte av formiat). För att förstå denna förbättrade CO 2 -reduktionsreaktion, forskarna tillverkade en Sn-katalysator belagd med en annan CO 2 -infångande polymer (polyetylenimin; PEI) vars struktur interagerar annorlunda med inkommande CO 2 . Den PEG-belagda Sn överträffade fortfarande den PEI-belagda Sn, och med tanke på de kemiska egenskaperna hos dessa polymerer, författarna föreslog att PEI innehade CO 2 molekyler för hårt, medan PEG gjorde en nyckelbalans när det gäller att fånga och sedan släppa ut CO 2 till den katalytiska Sn -kärnan.
"Att modellera denna reaktion med hjälp av teoretiska beräkningar bekräftade fördelaktigheten hos PEG shuttling CO 2 till Sn -centret och förklarade den accelererade produktionen av formiat, " förklarar doktorand, Samuel Jeong. "Dock, vi ville ytterligare förtydliga PEG-CO 2 interaktioner."
Mer detaljerade beräkningar avslöjade att medan frånvaron av polymer begränsar Sn-katalysatorns CO 2 -fångningsförmåga, ett alltför tätt lager av PEG hämmar CO 2 överför till metallytan, vilket minskar formatproduktionen. Därför, ett komplett men relativt gles lager av PEG är optimalt för kanalisering av CO 2 till Sn, samtidigt som en CO 2 -rik miljö och förhindrar utsläpp av biprodukter.
Mantrat "minska, återanvändning, recycle" hänvisar inte längre bara till engångsplaster. Den enkla katalysatorbeläggningstekniken som rapporterats av Ito och medarbetare kan användas för att utveckla system som effektivt återvinner CO 2 till användbara föreningar, som format, som kan driva bränslecellsenheter som ger grön el.
