Het is algemeen bekend dat de accumulatie van broeikasgassen, zoals koolstofdioxide (CO ₂ ), in de atmosfeer draagt ​​bij aan klimaatverandering. Daarom, CO ₂ afvang en recycling zijn van vitaal belang om de schadelijke milieueffecten te verminderen en de klimaatcrisis aan te pakken. Onlangs, onderzoekers uit Japan ontwierpen een met polymeer beklede metaalkatalysator die CO . versnelt ₂ conversie en biedt inzichten in groene energie.

In een studie gepubliceerd in ACS Katalyse , onderzoekers van de Universiteit van Tsukuba beschrijven poreuze tin (Sn) katalysatoren gecoat met polyethyleenglycol (PEG) en laten zien hoe dit polymeer CO faciliteert ₂ omzetting in een bruikbare brandstof op basis van koolstof.

Verschillende polymeren kunnen CO . vastleggen ₂ moleculen, en Sn-katalysatoren staan ​​erom bekend dat ze CO . verminderen ₂ naar andere moleculen, zoals formaat (HCOO-), die kunnen worden hergebruikt om brandstofcellen van stroom te voorzien.

"We waren geïnteresseerd in het combineren van deze mogelijkheden in een enkel katalytisch systeem dat CO . zou kunnen schrobben ₂ uit zijn omgeving en recycle het in formaat, " zegt onderzoeksgroepleider, Professor Yoshikazu Ito. "Echter, het is moeilijk om alleen het gewenste product te verkrijgen, formaat, met een hoge productiesnelheid en een hoge opbrengst, dus moesten we het ontwerp van de katalysator verfijnen." De formaatproductiesnelheid van PEG-gecoat Sn was 24 keer hoger dan die van een conventionele Sn-plaatelektrode, en er werden geen bijproducten gedetecteerd (> 99% opbrengst aan formaat). Om deze verhoogde CO . te begrijpen ₂ -reductie reactie, de onderzoekers fabriceerden een Sn-katalysator gecoat met een andere CO ₂ -opnemend polymeer (polyethyleenimine; PEI) waarvan de structuur een andere interactie heeft met binnenkomend CO ₂ . De PEG-gecoate Sn presteerde nog steeds beter dan de PEI-gecoate Sn, en gezien de chemische eigenschappen van deze polymeren, de auteurs stelden voor dat PEI de CO . had ₂ moleculen te strak, overwegende dat PEG een belangrijke balans heeft gevonden bij het afvangen en vervolgens vrijgeven van CO ₂ naar de katalytische Sn-kern.

"Het modelleren van deze reactie met behulp van theoretische berekeningen bevestigde de gunstigheid van PEG-shuttle CO ₂ naar het Sn-centrum en legde de versnelde formaatproductie uit, " legt promovendus uit, Samuël Jeong. "Echter, we wilden de PEG-CO . verder verduidelijken ₂ interacties."

Meer gedetailleerde berekeningen onthulden dat hoewel de afwezigheid van polymeer de CO . van de Sn-katalysator beperkt ₂ -vangstvermogen, een te dichte laag PEG remt CO ₂ overbrengen naar het metalen oppervlak, waardoor de productie van formiaat wordt verminderd. Daarom, een complete maar relatief dunne laag PEG is optimaal voor het wegleiden van CO ₂ naar sn, met behoud van een CO ₂ -rijke omgeving en het voorkomen van het vrijkomen van bijproducten.

De mantra "verminder, hergebruik, recycle" verwijst niet langer alleen naar kunststoffen voor eenmalig gebruik. De eenvoudige katalysator-coatingtechniek die door Ito en collega's wordt gerapporteerd, kan worden gebruikt om systemen te ontwikkelen die CO efficiënt recyclen ₂ in bruikbare verbindingen, zoals formaat, die brandstofcelapparaten kunnen aandrijven die groene stroom leveren.