Onderzoek door de Universiteit van Liverpool zou wetenschappers kunnen helpen om het volledige potentieel van nieuwe schone energietechnologieën te ontsluiten.

Het vinden van duurzame manieren om fossiele brandstoffen te vervangen is een topprioriteit voor onderzoekers over de hele wereld. Kooldioxide (CO2) is een enorm overvloedig afvalproduct dat kan worden omgezet in energierijke bijproducten, zoals koolmonoxide. Echter, dit proces moet veel efficiënter worden gemaakt om te kunnen werken aan een mondiale, industriële schaal.

Elektrokatalysatoren zijn veelbelovend gebleken als een potentiële manier om deze vereiste efficiëntie 'stapsgewijze verandering' in CO2-reductie te bereiken, maar de mechanismen waarmee ze werken zijn vaak onbekend, waardoor het voor onderzoekers moeilijk is om op een rationele manier nieuwe te ontwerpen.

Nieuw onderzoek gepubliceerd in Natuur Katalyse door onderzoekers van de afdeling Chemie van de universiteit, in samenwerking met Beijing Computational Science Research Center en STFC Rutherford Appleton Laboratory, demonstreert een op laser gebaseerde spectroscopietechniek die kan worden gebruikt om de elektrochemische reductie van CO2 in-situ te bestuderen en de broodnodige inzichten te verschaffen in deze complexe chemische routes.

De onderzoekers gebruikten een techniek genaamd Vibrational Sum-Frequency Generation (VSFG) spectroscopie in combinatie met elektrochemische experimenten om de chemie van een bepaalde katalysator genaamd Mn(bpy)(CO)3Br, te onderzoeken. wat een van de meest veelbelovende en intensief bestudeerde elektrokatalysatoren voor CO2-reductie is.

Met VSFG waren de onderzoekers in staat om belangrijke tussenproducten te observeren die slechts zeer korte tijd aanwezig zijn op een elektrode-oppervlak - iets dat niet is bereikt in eerdere experimentele onderzoeken.

bij Liverpool, het werk werd uitgevoerd door de Cowan Group, een team van onderzoekers die nieuwe katalytische systemen bestuderen en ontwikkelen voor de duurzame productie van brandstoffen.

Dr. Gaia Neri, die deel uitmaakte van het Liverpool-team, zei:"Een enorme uitdaging bij het bestuderen van elektrokatalysatoren in situ is het onderscheid moeten maken tussen de enkele laag van kortlevende tussenliggende moleculen aan het elektrodeoppervlak en de omringende 'ruis' van inactieve moleculen in de oplossing.

"We hebben aangetoond dat VSFG het mogelijk maakt om het gedrag van zelfs zeer kortlevende soorten in de katalytische cyclus te volgen. Dit is opwindend omdat het onderzoekers nieuwe mogelijkheden biedt om beter te begrijpen hoe elektrokatalysatoren werken, dat is een belangrijke volgende stap in de richting van commercialisering van het proces van elektrochemische CO2-conversatie naar schone brandstoftechnologieën."

Naar aanleiding van dit onderzoek, het team werkt nu aan een verdere verbetering van de gevoeligheid van de techniek en ontwikkelt een nieuw detectiesysteem dat een betere signaal-ruisverhouding mogelijk maakt.

Het artikel 'Detection of catalytic intermediates at an electrode surface during carbon dioxide reduction by an earth-overvloedige katalysator' is gepubliceerd in Natuur Katalyse .