Ze zeggen dat het beter is om iets bijzonders te hebben gehad en het te verliezen dan het nooit te hebben gehad. Wie had gedacht dat dat sentiment geldt voor metaaloxidekatalysatoren? Volgens wetenschappers van het Lawrence Berkeley National Laboratory (Berkeley Lab) en Caltech, koper dat ooit met zuurstof was gebonden, is beter in het omzetten van koolstofdioxide in hernieuwbare brandstoffen dan koper dat nooit aan zuurstof is gebonden.

Voor hun studie nu gepubliceerd in het tijdschrift ACS Katalyse , de wetenschappers voerden röntgenspectroscopie uit op werkende prototypes van brandstofgeneratoren op zonne-energie om aan te tonen dat katalysatoren gemaakt van koperoxide superieur zijn aan zuiver metaalachtige katalysatoren als het gaat om de productie van ethyleen, een twee-koolstofgas met een enorm scala aan industriële toepassingen, zelfs als er geen detecteerbare zuurstofatomen meer in de katalysator zijn.

"Veel onderzoekers hebben aangetoond dat van oxide afgeleide koperkatalysatoren beter zijn in het maken van brandstofproducten uit CO ₂ , echter, er is discussie over waarom dit gebeurt, " zei mede-onderzoeker Walter Drisdell, een Berkeley Lab-chemicus en lid van het Joint Center for Artificial Photosynthesis (JCAP). De missie van JCAP is het ontwikkelen van efficiënte, technologieën op zonne-energie die atmosferische CO . kunnen omzetten ₂ in alternatieve brandstoffen voor aardolie. Drisdell en zijn collega's zeggen dat hun ontdekking een belangrijke stap vooruit is in de richting van dat doel.

Hij legde uit dat onder bedrijfsomstandigheden voor brandstofopwekking, waarbij eerst de CO . wordt omgezet ₂ omgezet in koolmonoxide en vervolgens koolwaterstofketens opbouwen - de kopergebonden zuurstof wordt van nature uitgeput in de katalysator. Echter, sommige onderzoekers geloven dat er kleine hoeveelheden zuurstof in de metalen structuur achterblijven, en dat dit de bron is van de verhoogde efficiëntie.

Om het debat op te lossen, het team bracht een gaschromatografie (GC) -systeem naar de röntgenstraallijn zodat ze de ethyleenproductie in realtime konden detecteren. "Onze medewerkers van Caltech hebben de GC helemaal vanuit Pasadena gereden en geïnstalleerd in de röntgenfaciliteit in Palo Alto, " zei Soo Hong Lee, een postdoctoraal onderzoeker bij Berkeley Lab en co-hoofdauteur van de studie. "Daarmee, we hebben aangetoond dat er geen correlatie is tussen de hoeveelheid zuurstof ('oxide') in de katalysator en de geproduceerde hoeveelheid ethyleen. Dus, we denken dat oxide-afgeleide katalysatoren goed zijn, niet omdat ze zuurstof over hebben terwijl ze koolmonoxide verminderen, maar omdat het proces van het verwijderen van de zuurstof een metallische koperstructuur creëert die beter is in het vormen van ethyleen."

Het team toonde verder aan dat hoewel de efficiëntie van oxide-afgeleide katalysatoren na verloop van tijd afneemt, het kan regelmatig worden 'gereactiveerd' door opnieuw zuurstof toe te voegen en te verwijderen tijdens een eenvoudig onderhoudsproces. Hun volgende stap is het ontwerpen van een brandstofgenererende cel die kan werken met röntgenverstrooiingsinstrumenten, waardoor ze de veranderende structuur van de katalysator direct in kaart kunnen brengen terwijl deze koolmonoxide omzet in ethyleen.

Het onderzoeksteam omvatte ook Ian Sullivan en Chengxiang Xiang van Caltech, en David Larson, Guiji Liu, en Francesca Toma bij Berkeley Lab. Dit werk werd ondersteund door het Amerikaanse Department of Energy (DOE) Office of Science. JCAP is een DOE Energy Innovation Hub.