Terwijl de niveaus van kooldioxide in de atmosfeer blijven stijgen, wetenschappers zoeken naar nieuwe manieren om CO . af te breken ₂ moleculen om bruikbare koolstofgebaseerde brandstoffen te maken, chemicaliën en andere producten. Nutsvoorzieningen, een team van onderzoekers van de Brown University heeft een manier gevonden om een ​​koperkatalysator te verfijnen om complexe koolwaterstoffen - bekend als C2-plus-producten - te produceren uit CO ₂ met opmerkelijke efficiëntie.

In een studie gepubliceerd in Natuurcommunicatie , de onderzoekers rapporteren een katalysator die C2-plus-verbindingen kan produceren met een efficiëntie tot 72% faraday (een maatstaf voor hoe efficiënt elektrische energie wordt gebruikt om koolstofdioxide om te zetten in chemische reactieproducten). Dat is veel beter dan de gerapporteerde efficiëntie van andere katalysatoren voor C2-plus-reacties, zeggen de onderzoekers. En het bereidingsproces is vrij eenvoudig op te schalen naar industrieel niveau, wat het nieuwe katalysatorpotentieel geeft voor gebruik in grootschalige CO ₂ inspanningen op het gebied van recycling.

"Er waren rapporten in de literatuur van allerlei verschillende behandelingen voor koper die deze C2-plus konden produceren met een reeks verschillende efficiënties, " zei Tayhas Palmore, de professor in de techniek aan Brown die samen met Ph.D. student Taehee Kim. "Wat Taehee deed, was een reeks experimenten om te ontrafelen wat elk van deze behandelingsstappen feitelijk met de katalysator deed in termen van reactiviteit, die de weg wees naar het optimaliseren van een katalysator voor deze multi-koolstofverbindingen."

Er zijn de afgelopen jaren grote vorderingen gemaakt bij de ontwikkeling van koperkatalysatoren die moleculen met één koolstof kunnen maken, zegt Palmore. Bijvoorbeeld, Palmore en haar team bij Brown hebben onlangs een koperschuimkatalysator ontwikkeld die mierenzuur efficiënt kan produceren, een belangrijke chemische grondstof met één koolstofatoom. Maar de belangstelling voor reacties die C2-plus-producten kunnen opleveren, neemt toe.

"Uiteindelijk, iedereen probeert het aantal koolstoffen in het product te verhogen tot het punt dat brandstoffen en chemicaliën met een hogere koolstofuitstoot worden geproduceerd, ' zei Palmer.

Er waren aanwijzingen uit eerder onderzoek dat halogenering van koper - een reactie die een koperoppervlak bedekt met chlooratomen, broom of jodium in aanwezigheid van een elektrisch potentiaal - zou de selectiviteit van een katalysator voor C2-plus-producten kunnen verhogen. Kim experimenteerde met verschillende halogeneringsmethoden, nulbepaling op welke halogeenelementen en welke elektrische potentialen katalysatoren opleverden met de beste prestatie in CO ₂ -naar-C2-plus reacties. Hij ontdekte dat de optimale preparaten faradische efficiënties konden opleveren tussen 70,7% en 72,6%, veel hoger dan enige andere koperkatalysator.

Het onderzoek helpt om de eigenschappen bloot te leggen die een koperkatalysator goed maken voor C2-plus-producten. De preparaten met de hoogste efficiëntie hadden een groot aantal oppervlaktedefecten - kleine scheurtjes en spleten in het gehalogeneerde oppervlak - die cruciaal zijn voor koolstof-koolstofkoppelingsreacties. Deze defectlocaties lijken de sleutel te zijn tot de hoge selectiviteit van de katalysatoren voor ethyleen, een C2-plus product dat gepolymeriseerd kan worden en gebruikt kan worden om kunststoffen te maken.

uiteindelijk, zo'n katalysator helpt bij grootschalige recycling van CO ₂ . Het idee is om CO . af te vangen ₂ geproduceerd door industriële faciliteiten zoals elektriciteitscentrales, cementproductie of rechtstreeks uit de lucht, en zet het om in andere bruikbare koolstofverbindingen. Dat vereist een efficiënte katalysator die gemakkelijk te produceren en te regenereren is, en goedkoop genoeg om op industriële schaal te werken. Deze nieuwe katalysator is een veelbelovende kandidaat, zeggen de onderzoekers.

"We werkten met katalysatoren op laboratoriumschaal voor onze experimenten, maar je zou een katalysator van vrijwel elke grootte kunnen maken met behulp van de ontwikkelde methode, ' zei Palmer.