Intensiva forskningsansträngningar har riktats mot att studera den elektrokemiska omvandlingen av CO2 , en viktig växthusgas, till plattformskemikalier och bränslen. Framgången med denna teknik kan möjliggöra avkolning av några av de största CO2 utsläppskällor, inklusive stål-, cement- och kemisk tillverkningsindustri.
Koppar är unik i sin förmåga att omvandla CO2 vid låga temperaturer till en mängd olika produkter, såsom kolmonoxid, eten och etanol vid industriellt genomförbara strömtätheter. Som ett resultat finns det ett brett intresse för att förstå CO2 omvandling på kopparelektroder som effektiv och stabil CO2 elektrolysatorer.
I en nyligen genomförd studie som involverade ett tvärvetenskapligt team från Lawrence Livermore National Laboratory (LLNL), Lawrence Berkeley National Laboratory, University of California Berkeley och Korea Advanced Institute of Science and Technology (KAIST), använde forskare kemisk transient kinetik och mikrokinetisk modellering att förstå hur kopparelektroder fungerar i atomistisk skala under elektrokemisk omvandling av kolmonoxid, en nyckelreaktionsintermediär i elektrokemisk CO2 konvertering.
Deras resultat publicerades som en öppen artikel i tidskriften ACS Catalysis .
Med hjälp av ett enkelt experimentellt protokoll som involverar upprepad byte av gastillförsel från argon till kolmonoxid, finner forskare att kolmonoxidomvandling till flerkolprodukter kan fortgå med samma hastighet i flera sekunder även efter att gastillförseln har bytts från kolmonoxid till argon (kallad fördröjningstiden). Denna observation motiverade teamet att förstå ursprunget till fördröjningstiden och dess konsekvenser för att utforma effektiva katalysatorer för denna viktiga reaktion.
"Vårt överraskande fynd från detta arbete är att den effektiva katalytiska aktiviteten hos reaktionen förbättras när det finns en större andel mindre aktiva platser [kallade reservoarplatser]. Vi utvecklade en mikrokinetisk modell som involverade tre platstyper för att förklara våra fynd", säger vi. LLNL-forskare och medförfattare Nitish Govindarajan.
"Våra resultat tyder på att katalysatoraktiva platser inte kan analyseras isolerade från sina grannplatser. Snarare måste vi överväga hur hela katalysatorplatsnätverket samarbetar för att etablera en försörjningskedja av reaktanter till de mest aktiva platserna", säger LLNL:s medrektor. utredare Christopher Hahn.
Mer information: Chansol Kim et al, betydelsen av platsmångfald och anslutningsmöjligheter i elektrokemisk CO-reduktion på Cu, ACS-katalys (2024). DOI:10.1021/acscatal.3c05904
Tillhandahålls av Lawrence Livermore National Laboratory
