Onderzoekers van de Oregon State University hebben een belangrijke stap vooruit gezet in het streven naar groene chemie om het broeikasgas koolstofdioxide om te zetten in herbruikbare vormen van koolstof via elektrochemische reductie.

Gepubliceerd in Natuur Energie , de studie onder leiding van Zhenxing Feng van het OSU College of Engineering en collega's van de Southern University of Science and Technology in China en Stanford University beschrijft een nieuw type elektrokatalysator.

De katalysator kan selectief een CO ₂ reductiereactie resulterend in een gewenst product - koolmonoxide was de keuze in dit onderzoek. Een katalysator is alles dat de snelheid van een chemische reactie versnelt zonder door de reactie te worden verbruikt.

"De vermindering van kooldioxide is gunstig voor een schoon milieu en duurzame ontwikkeling, " zei Feng, assistent-professor chemische technologie. "In tegenstelling tot traditionele CO ₂ reductie die chemische methoden gebruikt bij hoge temperaturen met een hoge vraag naar extra energie, elektrochemische CO ₂ reductiereacties kunnen worden uitgevoerd bij kamertemperatuur met behulp van een vloeibare oplossing. En de elektriciteit die nodig is voor elektrochemische CO ₂ reductie kan worden verkregen uit hernieuwbare energiebronnen zoals zonne-energie, waardoor volledig groene processen mogelijk worden."

Een reductiereactie betekent dat een van de betrokken atomen een of meer elektronen krijgt. Bij de elektrochemische reductie van kooldioxide, metalen nanokatalysatoren hebben het potentieel aangetoond om CO . selectief te verminderen ₂ tot een bepaald koolstofproduct. Het beheersen van de nanostructuur is van cruciaal belang voor het begrijpen van het reactiemechanisme en voor het optimaliseren van de prestaties van de nanokatalysator bij het nastreven van specifieke producten, zoals koolmonoxide, mierenzuur of methaan, die van belang zijn voor andere chemische processen en producten.

"Echter, vanwege de vele mogelijke reactieroutes voor verschillende producten, kooldioxide-reductiereacties hebben in het verleden een lage selectiviteit en efficiëntie gehad, " zei Feng. "De elektrokatalysatoren moeten de reactie met hoge selectiviteit bevorderen om één bepaald product te krijgen, koolmonoxide in ons geval. Ondanks vele inspanningen op dit gebied, er was weinig vooruitgang."

Feng en zijn mede-onderzoekers probeerden een nieuwe strategie uit. Ze maakten nikkelftalocyanine als een moleculair gemanipuleerde elektrokatalysator en ontdekten dat het superieure efficiëntie vertoonde bij hoge stroomdichtheden voor het omzetten van CO ₂ tot koolmonoxide in een gasdiffusie-elektrodeapparaat, met stabiele werking gedurende 40 uur.

"Om het reactiemechanisme van onze katalysator te begrijpen, mijn groep bij OSU gebruikte röntgenabsorptiespectroscopie om de verandering van de katalysator tijdens de reactieprocessen te volgen, bevestiging van de rol van de katalysator in de reactie, " zei Feng. "Dit samenwerkingswerk demonstreert een krachtige katalysator voor groene processen van elektrochemische CO ₂ reductie reacties. Het werpt ook licht op het reactiemechanisme van onze katalysator, die de toekomstige ontwikkeling van apparaten voor energieconversie kan leiden terwijl we werken aan een economie met een negatieve koolstofuitstoot."