Een nieuwe katalysator breekt koolstofdioxide sneller af in bruikbare chemicaliën, goedkoper, en efficiënter dan de standaardmethode, meldt een team van onderzoekers in de uitgave van deze week van PNAS . De ontdekking zou het mogelijk kunnen maken om koolstofdioxide economisch om te zetten in brandstoffen.

Kooldioxide is een stabiele, overvloedig gas. In feite is het een beetje te overvloedig, en de extra koolstofdioxide in de atmosfeer verandert het klimaat op aarde. Dit wetende, veel chemici werken aan efficiënte manieren om koolstofdioxide om te zetten in andere nuttige producten. Maar de stabiliteit van koolstofdioxide maakt dit moeilijk. Het is moeilijk om het molecuul te krijgen, gelukkig op zichzelf, om met iets anders te reageren.

De beste bestaande techniek om koolstofdioxide elektrochemisch in stukken te breken die chemisch zullen reageren, maakt gebruik van een katalysator van platina. Maar platina is een zeldzame, duur metaal.

Nutsvoorzieningen, een team van onderzoekers onder leiding van Yongtao Meng, een voormalige UConn-afgestudeerde student in het laboratorium van Steve Suib, directeur van het Institute for Materials Science en nu een onderzoeker aan de Stanford University, heeft een betere manier bedacht. Ze creëerden een elektrochemische cel gevuld met een poreuze, schuimige katalysator gemaakt van nikkel en ijzer. Beide metalen zijn goedkoop en overvloedig aanwezig. Wanneer kooldioxidegas de elektrochemische cel binnenkomt, en er wordt een spanning aangelegd, de katalysator helpt het kooldioxide (een koolstofatoom met twee zuurstofatomen) zuurstof af te breken om koolmonoxide te vormen (een koolstofatoom met één zuurstof). Het koolmonoxide is zeer reactief en een nuttige voorloper voor het maken van vele soorten chemicaliën, inclusief kunststoffen en brandstoffen zoals benzine.

Niet alleen werkt de nieuwe nikkel-ijzerkatalysator goed; het is eigenlijk efficiënter dan het dure platinaproces dat het zou kunnen vervangen. De elektrochemische cel die de nikkel-ijzerkatalysator gebruikt, haalt bijna 100% efficiëntie.

"Het is bijna ongehoord. Meestal krijg je in een goed systeem 90 tot 95% efficiëntie, maar het is misschien niet stabiel, werkt mogelijk niet op dezelfde lage spanning of is mogelijk niet goedkoop, ", zegt Suib. Dit proces heeft dat allemaal.

Suib's lab gebruikte scanning transmissie-elektronenmicroscopie om dwarsdoorsneden van de nieuwe nikkel-ijzerkatalysator in kaart te brengen. het onthullen van de interne structuur. Technisch gezien is het een nikkel-ijzerhydroxide-carbonaat, met een poreuze structuur waardoor het kooldioxidegas er doorheen kan stromen. Suib's microscopiewerk toonde aan dat de katalysator intact bleef en niet degradeerde door gebruik.

De volgende stap in het proces is kijken of het kan worden opgeschaald, massaal gemaakt, en getest in industriële situaties zoals elektriciteitscentrales die grote hoeveelheden koolstofdioxide produceren als afvalproduct.