Syntesen av kolbaserade kemikalier via elektrokemisk reduktion av koldioxid (CO₂ ) har blivit huvudmålet för många nya energiforskningsinsatser. Även om dessa studier har gett lovande resultat, som möjliggör produktion av olika mycket använda kemikalier, uppvisar de flesta föreslagna metoder dålig energieffektivitet och selektivitet.

Föreslagna metoder för elektrokemisk reduktion av CO₂ till kolvätet eten, till exempel, har hittills inte uppnått önskvärd energieffektivitet och stabilitet. Detta har förhindrat deras utbredda användning som alternativ till konventionella petrokemiska metoder för att producera eten, som har negativa effekter på miljön.

Forskare vid Université Montpellier och andra institut satte sig nyligen för att underlätta den selektiva och energieffektiva syntesen av eten genom att minska CO₂ genom att funktionalisera katalysatorer som föranleder reduktionsreaktioner. Deras artikel, publicerad i Nature Energy , introducerar en strategi för att funktionalisera koppar (Cu) katalysatorer för CO₂ reduktion med aryldiazoniumsalter, färglösa ämnen som för närvarande används för att syntetisera olika organiska föreningar.

"Även om framsteg har gjorts när det gäller att producera flerkolprodukter från den elektrokemiska reduktionen av CO₂ , den blygsamma selektiviteten för eten (C₂ H₄ ) leder till låg energieffektivitet och höga separationskostnader nedströms," skrev Huali Wu, Lingqi Huang och deras kollegor i sin uppsats. "Vi funktionaliserar Cu-katalysatorer med en mängd olika substituerade aryldiazoniumsalter för att förbättra selektiviteten mot flerkolprodukter."

I sina beräkningar och experiment fann Wu, Huang och deras medarbetare att olika aryldiazoniumsalter kunde hjälpa till att skräddarsy Cus oxidationstillstånd. Genom att använda dessa salter kunde de således funktionalisera katalysatorer till en membranelektrodmonteringscell (MEA), den primära komponenten i bränsleceller som underlättar önskade elektrokemiska reaktioner, inklusive de reaktioner som ligger till grund för minskningen av CO₂ .

Forskarna testade prestandan hos denna MEA-flödescell med skräddarsydda Cu-platser i en serie experiment. De fann att deras funktionaliseringsstrategi förbättrade energieffektiviteten och stabiliteten för CO₂ reduktion för att producera eten.

"Med hjälp av beräkning och operandospektroskopi finner vi att Cu-ytoxidationstillståndet (δ ⁺ där 0 <� δ <� 1) kan ställas in genom funktionalisering och att det påverkar selektiviteten till C₂ H₄ ," skrev forskarna.

"Vi rapporterar en faradaisk effektivitet och en specifik strömtäthet för C₂ H₄ så stor som 83 ± 2% och 212 mA cm ⁻² på partiellt oxiderat Cu ^0,26+ . Med hjälp av en CO-gasinmatning visar vi en energieffektivitet på ~40 % med en C₂ H₄ Faradaisk verkningsgrad på 86 ± 2 %, vilket motsvarar en låg elförbrukning på 25,6 kWh Nm ⁻³ för CO till C₂ H₄ omvandlingsreaktion."

Den nyligen genomförda studien av detta team av forskare introducerar en ny lovande strategi för att möjliggöra energieffektiv och stabil elektrosyntes av eten från CO₂ , utnyttjande av koppars valensteknik. Denna strategi kan snart förfinas och valideras ytterligare, vilket potentiellt kan bidra till det framtida skiftet mot mer hållbara metoder för att producera eten i stor skala.

Mer information: Huali Wu et al, Selektiv och energieffektiv elektrosyntes av eten från CO2 genom att ställa in valensen hos Cu-katalysatorer genom funktionalisering av aryldiazonium, Nature Energy (2024). DOI:10.1038/s41560-024-01461-6.

Journalinformation: Naturenergi

© 2024 Science X Network