Met de steeds erger wordende klimaatverandering, er is een groeiende behoefte aan technologieën die de atmosferische CO . kunnen opvangen en gebruiken ₂ (kooldioxide) en onze ecologische voetafdruk verkleinen. Op het gebied van hernieuwbare energie, CO ₂ -gebaseerde e-brandstoffen zijn naar voren gekomen als een veelbelovende technologie die probeert atmosferische CO . om te zetten ₂ in schone brandstoffen. Het proces omvat de productie van synthetisch gas of syngas (een mengsel van waterstof en koolmonoxide (CO)). Met behulp van de omgekeerde water-gas shift (RWGS) reactie, CO ₂ wordt afgebroken tot de CO die nodig is voor syngas. Hoewel veelbelovend in zijn conversie-efficiëntie, de RWGS-reactie vereist ongelooflijk hoge temperaturen (> 700°C) om verder te gaan, terwijl ook ongewenste bijproducten worden gegenereerd.

Om deze problemen aan te pakken, wetenschappers ontwikkelden een aangepaste chemische looping-versie van de RWGS-reactie die CO . omzet ₂ naar CO in een tweestapsmethode. Eerst, een metaaloxide, gebruikt als zuurstofopslagmateriaal, wordt gereduceerd met waterstof. Vervolgens, het wordt opnieuw geoxideerd door CO ₂ , wat CO oplevert. Deze methode is vrij van ongewenste bijproducten, maakt gasscheiding eenvoudiger, en kan bij lagere temperaturen mogelijk worden gemaakt, afhankelijk van het gekozen oxide. Bijgevolg, wetenschappers hebben gezocht naar oxidematerialen die hoge oxidatiereductiesnelheden vertonen zonder hoge temperaturen.

In een recente studie gepubliceerd in Chemische Wetenschappen , wetenschappers van Waseda University en ENEOS Corporation in Japan hebben onthuld dat een nieuw indiumoxide gemodificeerd met koper (Cu-In ₂ O ₃ ) vertoont een recordbrekende CO ₂ conversieratio van 10 mmolh ^-1 G ^-1 bij relatief bescheiden temperaturen (400-500°C), waardoor het een koploper is onder de zuurstofopslagmaterialen die nodig zijn voor CO . bij lage temperatuur ₂ conversie. Om dit gedrag beter te begrijpen, het team onderzocht de structurele eigenschappen van Cu-In-oxide samen met de kinetiek die betrokken is bij de RWGS-reactie met een chemische lus.

De wetenschappers voerden op röntgenstraling gebaseerde analyses uit en ontdekten dat het monster aanvankelijk een oudermateriaal bevatte, Cu2In ₂ O ₅ , die eerst met waterstof werd gereduceerd tot een Cu-In-legering en indiumoxide (In ₂ O ₃ ) en vervolgens geoxideerd door CO ₂ Cu-In . opleveren ₂ O ₃ en CO. Röntgengegevens onthulden verder dat het tijdens de reactie oxidatie en reductie onderging, het verstrekken van de belangrijkste aanwijzing voor wetenschappers. "De röntgenmetingen maakten duidelijk dat de chemisch lusvormige RWGS-reactie is gebaseerd op de reductie en oxidatie van indium, wat leidt tot de vorming en oxidatie van de Cu-In-legering, " legt professor Yasushi Sekine van de Waseda University uit, die de studie leidde.

De kinetiekonderzoeken gaven meer inzicht in de reactie. De reductiestap onthulde dat Cu verantwoordelijk was voor de reductie van indiumoxide bij lage temperaturen, terwijl de oxidatiestap aantoonde dat het oppervlak van de Cu-In-legering een sterk gereduceerde toestand behield terwijl het grootste deel ervan werd geoxideerd. Hierdoor kon de oxidatie twee keer zo snel plaatsvinden als die van andere oxiden. Het team schreef dit eigenaardige oxidatiegedrag toe aan een snelle migratie van negatief geladen zuurstofionen van het oppervlak van de Cu-In-legering naar de massa, die hielpen bij de preferentiële bulkoxidatie.

De resultaten hebben, vrij verwacht, opgewonden wetenschappers over de toekomstperspectieven van koper-indiumoxiden. "Gezien de huidige situatie met de CO2-uitstoot en de opwarming van de aarde, een hoogwaardig kooldioxide-omzettingsproces is zeer gewenst. Hoewel de chemisch lusvormige RWGS-reactie goed werkt met veel oxidematerialen, onze nieuwe Cu-In-oxide laat hier een opmerkelijk betere prestatie zien dan alle andere. We hopen dat dit aanzienlijk zal bijdragen aan het verkleinen van onze ecologische voetafdruk en het aansturen van de mensheid naar een duurzamere toekomst", concludeert Sekine.