Kooldioxide-reductiereactie (CO ₂ RR) gebruikt hernieuwbare elektriciteit om kooldioxide en water om te zetten in brandstoffen en chemicaliën, wat wordt beschouwd als een effectieve manier om gelijktijdig koolstofrecycling en opslag van hernieuwbare energie te realiseren.

De elektrokatalytische omzetting van kooldioxide in koolwaterstoffen omvat een multi-elektronenreductiereactieproces, geconfronteerd met problemen zoals complexe conversietrajecten en problemen met selectiviteitscontrole.

Een onderzoeksgroep onder leiding van prof. Wang Guoxiong en prof. Bao Xinhe van het Dalian Institute of Chemical Physics (DICP) van de Chinese Academie van Wetenschappen verbeterde CO ₂ elektroreductie tot methaan met kobaltftalocyanine (CoPc) en zink-stikstof-koolstof (Zn-N-C) tandemkatalysator.

Ze bereikten een hoge activiteit van CH ₄ productie in CO ₂ RR op een niet-kopergebaseerde katalysator, en verschafte een nieuwe strategie voor de elektrokatalytische reductie van kooldioxide tot koolwaterstoffen.

Dit werk is gepubliceerd in Internationale editie van Angewandte Chemie op 4 september.

Vergeleken met alleen CoPc of Zn-N-C, de verhouding methaan/koolmonoxide van deze CoPc- en Zn-N-C tandemkatalysator werd meer dan 100 keer verhoogd.

Dichtheidsfunctionaaltheorieberekeningen en vergelijkende experimentele resultaten toonden aan dat kooldioxide eerst werd gereduceerd tot koolmonoxide op de CoPc, en vervolgens diffundeerde het koolmonoxide op het Zn-N-C en werd het verder omgezet in methaan.

Deze tandem-katalytische strategie zette koolstofdioxide om in methaan en ontleedde het proces in tandem-elektrokatalytische reacties op twee actieve plaatsen. In dit tandem katalytisch systeem, CoPc leverde koolmonoxide om de geadsorbeerde waterstof op het aangrenzende stikstof in de Zn-N-plaats vast te houden, waardoor de snelheid van de methaanproductie toeneemt.