I ett nytt steg mot att bekämpa klimatförändringar och övergången till hållbara lösningar har en grupp forskare utvecklat ett forskningsparadigm som gör det lättare att dechiffrera förhållandet mellan katalysatorstrukturer och deras reaktioner.
Detaljer om forskarnas genombrott publicerades i tidskriften Angewandte Chemie International Edition den 29 januari 2024.
Att förstå hur en katalysators yta påverkar dess aktivitet kan underlätta utformningen av effektiva katalysatorstrukturer för specifika reaktivitetskrav. Att förstå mekanismerna bakom detta förhållande är dock ingen enkel uppgift med tanke på elektrokatalysatorernas komplicerade gränssnittsmikromiljö.
"För att dechiffrera detta, finslipade vi in på den elektrokemiska CO2 reduktionsreaktion (CO2 RR) i tennoxidbaserade (Sn–O) katalysatorer", påpekar Hao Li, docent vid Tohoku Universitys Advanced Institute for Materials Research (WPI-AIMR) och motsvarande författare till artikeln. "Genom att göra det, endast avslöjade den aktiva ytarten av SnO2 -baserade katalysatorer under CO2 RR men etablerade också en tydlig korrelation mellan ytspeciering och CO2 RR-prestanda."
CO2 RR är erkänt som en lovande metod för att minska CO2 utsläpp och producerar högvärdiga bränslen, där myrsyra (HCOOH) är en anmärkningsvärd produkt på grund av dess olika tillämpningar inom industrier som läkemedel, metallurgi och miljösanering.
Den föreslagna metoden hjälpte till att identifiera de äkta yttillstånden för SnO2 ansvarig för dess prestanda i CO2 reduktionsreaktioner under specifika elektrokatalytiska förhållanden. Dessutom bekräftade teamet sina resultat genom experiment med olika SnO2 former och avancerad karaktäriseringsteknik.
Li och hans kollegor utvecklade sin metodik genom att kombinera teoretiska studier med experimentella elektrokemiska tekniker.
"Vi överbryggade klyftan mellan det teoretiska och experimentella och erbjuder en omfattande förståelse av katalysatorbeteende under verkliga förhållanden i processen," tillägger Li.
Forskargruppen är nu fokuserad på att tillämpa denna metod på en mängd olika elektrokemiska reaktioner. Genom att göra dessa hoppas de kunna avslöja mer om unika struktur-aktivitet korrelationer, påskynda designen av högpresterande och skalbara elektrokatalysatorer.
Mer information: Zhongyuan Guo et al, Deciphering Structure-Activity Relationship Towards CO2 Elektroreduktion över SnO2 av A Standard Research Paradigm, Angewandte Chemie International Edition (2024). DOI:10.1002/anie.202319913
Tillhandahålls av Tohoku University
