Een nieuwe katalysator voor de omzetting van kooldioxide (CO ₂ ) in chemicaliën of brandstoffen is ontwikkeld door onderzoekers van Ruhr-Universität Bochum en de Universiteit van Duisburg-Essen. Ze optimaliseerden reeds beschikbare koperkatalysatoren om hun selectiviteit en stabiliteit op lange termijn te verbeteren. De resultaten worden beschreven door het team onder leiding van Dr. Yanfang Song en professor Wolfgang Schuhmann van het Bochum Center for Electrochemistry met het team onder leiding van professor Corina Andronescu van de Duisburg-Essen Technical Chemistry III-groep in het tijdschrift Angewandte Chemie , online gepubliceerd op 9 februari 2021.

Borium maakt koperkatalysator stabiel

Het klimaatgas CO ₂ kunnen worden omgezet in grotere koolstofverbindingen die kunnen worden gebruikt als basischemicaliën voor de industrie of als brandstof. Onderzoekers streven naar het idee om CO . om te zetten ₂ elektrochemisch met behulp van hernieuwbare energiebronnen. Dit zou niet alleen nuttige producten opleveren; ze zouden ook dienen als opslag voor de hernieuwbare energiebronnen. Koper is in eerdere studies al naar voren gekomen als een veelbelovende katalysator, maar het moet de vorm hebben van een gedeeltelijk positief geladen ion - en dat is precies het probleem.

Onder conventionele reactieomstandigheden, koper wordt snel omgezet van zijn positief geladen vorm naar de neutrale toestand, wat ongunstig is voor de vorming van producten met meer dan twee koolstofatomen en dus de katalysator deactiveert.

Het team uit Bochum en Duisburg-Essen heeft daarom een ​​koperkatalysator gemodificeerd met borium. De onderzoekers testten verschillende koper-boorverhoudingen en bepaalden de optimale samenstelling om de vorming van verbindingen met meer dan twee koolstofatomen te bevorderen. Ze toonden ook aan dat de boor-koperkatalysator kan worden gebruikt bij stroomdichtheden die op industriële schaal vereist zouden zijn.

Zink voorkomt corrosieschade

Ze implementeerden het systeem in de vorm van een gasdiffusie-elektrode waarin een vaste katalysator de elektrochemische reactie tussen de vloeibare en gasvormige fase katalyseert. Het is belangrijk dat er voldoende CO ₂ lost op in het grensgebied tussen de gas- en vloeistoffase. De wetenschappers slaagden hierin door een speciaal bindmiddel te gebruiken.

Een andere uitdaging is om het systeem over een lange periode stabiel te houden. Bijvoorbeeld, corrosie van de elektroden moet worden voorkomen. Hiertoe, de chemici integreerden een zogenaamde opofferingsanode van zink in het systeem. Aangezien zink een minder edel metaal is dan koper, dit wordt eerst gecorrodeerd, terwijl het koper gespaard blijft.

"De combinatie van een selectief en actief katalysatormateriaal in een gasdiffusie-elektrode en de toevoeging van het stabiliserende zink is een belangrijke stap naar het gebruik van CO ₂ voor de synthese van basischemicaliën, ", vat Wolfgang Schuhmann samen.