De elektroreductie van kooldioxide (CO ₂ ) om multi-koolstofverbindingen met toegevoegde waarde te produceren, is een effectieve manier om CO . te verminderen ₂ uitstoot. Echter, de lage oplosbaarheid van CO ₂ beperkt grotendeels de toepassing van verwante technologie.

Hoewel gasdiffusie-elektrode (GDE) de reactiesnelheid kan versnellen, de instabiliteit van de katalysatoren veroorzaakt door overstroming van elektrolyt belemmert verdere reactie.

Onlangs, geïnspireerd door de hydrofobe bladeren van setaria, Het team van prof. Gao Minrui van de Universiteit voor Wetenschap en Technologie van China ontwikkelde Cu-katalysator die is samengesteld uit scherpe naalden die een hoge mate van hydrofobiciteit en stabiliteit bezitten.

De studie is gepubliceerd in Tijdschrift van de American Chemical Society .

De natuur is altijd een inspiratiebron geweest voor wetenschappers. Deze keer, wetenschappers wendden zich tot de naaldachtige bladeren van setaria om de hydrofobiciteit van de katalysator in de koolstofdioxidereductiereactie (CO ₂ RR).

Ze bootsten de scherpe structuren op Cu-naalden na om ze samen te voegen tot hiërarchische architecturen. Dergelijke architecturen, effectief voorkomen dat het wordt bevochtigd, net zoals de bladeren van de setaria, schakel de elektrode-elektrolyt-interface in om meer CO . op te vangen ₂ en helpen bij het bouwen van een robuuste gas-vloeistof-vaste driefasige grens die overstromingen vermindert.

Vergeleken met Cu-deeltjes, dendrieten hebben voordelen variërend van stabiliteit tot productiviteit.

De overheersende hydrofobiciteit vanwege de hiërarchische structuur vervaagt niet merkbaar na 10 minuten elektrochemische bewerking. Onder nog zwaardere omstandigheden, zoals bij een constante stroomdichtheid van 300 mA cm ^-2 voor 10 uur, de selectiviteit van de katalysator blijft ongeveer gelijk met een klein verlies.

De hiërarchische Cu-elektrode zal CO . vasthouden ₂ zodra ze het elektrodeoppervlak bereiken, vrij gelijkaardig aan de setaria, maken van massaoverdracht en accumulatie van CO ₂ mogelijk in de praktijk.

Verder, de selectiviteit van hiërarchische Cu-katalysatoren overtreft Cu-deeltjes. Cu-dendrieten kunnen het doelproduct genereren, C ₂₊ , bij een reeks toegepaste potentialen tussen -0,53 en -0,68V met een overweldigend opmerkelijker C ₂₊ :C ₁₊ selectiviteit van 15,4 bij -0,68V ten opzichte van Cu-deeltjes.

"De bio-geïnspireerde hiërarchische Cu-katalysator vermindert effectief elektrolytoverstromingen door zijn opmerkelijke hydrofobiciteit en verbetert grotendeels de productiviteit van CO ₂ RR, " zei prof. Gao.