In een nieuwe stap in de richting van het bestrijden van klimaatverandering en de transitie naar duurzame oplossingen heeft een groep onderzoekers een onderzoeksparadigma ontwikkeld dat het gemakkelijker maakt om de relatie tussen katalysatorstructuren en hun reacties te ontcijferen.

Details over de doorbraak van de onderzoekers zijn gepubliceerd in het tijdschrift Angewandte Chemie International Edition op 29 januari 2024.

Inzicht in de manier waarop het oppervlak van een katalysator zijn activiteit beïnvloedt, kan helpen bij het ontwerpen van efficiënte katalysatorstructuren voor specifieke reactiviteitsvereisten. Het begrijpen van de mechanismen achter deze relatie is echter geen eenvoudige taak, gezien de ingewikkelde interface-micro-omgeving van elektrokatalysatoren.

"Om dit te ontcijferen, hebben we ons verdiept in de elektrochemische CO₂ reductiereactie (CO₂ RR) in op tinoxide gebaseerde (Sn-O) katalysatoren”, zegt Hao Li, universitair hoofddocent aan het Advanced Institute for Materials Research (WPI-AIMR) van Tohoku University en corresponderende auteur van het artikel. heeft alleen de actieve oppervlaktesoort van SnO₂ blootgelegd -gebaseerde katalysatoren tijdens CO₂ RR, maar stelde ook een duidelijke correlatie vast tussen oppervlaktespeciatie en CO₂ RR-prestaties."

CO₂ RR wordt erkend als een veelbelovende methode om CO₂ te verminderen uitstoot en het produceren van hoogwaardige brandstoffen, waarbij mierenzuur (HCOOH) een opmerkelijk product is vanwege de verschillende toepassingen in industrieën zoals de farmaceutische industrie, de metallurgie en milieusanering.

De voorgestelde methode hielp bij het identificeren van de echte oppervlaktetoestanden van SnO₂ verantwoordelijk voor zijn prestaties in CO₂ reductiereacties onder specifieke elektrokatalytische omstandigheden. Bovendien bevestigde het team hun bevindingen door middel van experimenten met verschillende SnO₂ vormen en geavanceerde karakteriseringstechnieken.

Li en zijn collega's ontwikkelden hun methodologie door theoretische studies te combineren met experimentele elektrochemische technieken.

"We hebben de kloof tussen theoretisch en experimenteel overbrugd en een uitgebreid inzicht geboden in het gedrag van katalysatoren onder reële omstandigheden in het proces", voegt Li toe.

Het onderzoeksteam richt zich nu op het toepassen van deze methodologie op een verscheidenheid aan elektrochemische reacties. Door dit te doen hopen ze meer te ontdekken over unieke structuur-activiteitscorrelaties, waardoor het ontwerp van hoogwaardige en schaalbare elektrokatalysatoren wordt versneld.

Meer informatie: Zhongyuan Guo et al., Ontcijfering van de structuur-activiteitsrelatie richting CO₂ Elektroreductie via SnO₂ door A Standard Research Paradigm, Angewandte Chemie International Edition (2024). DOI:10.1002/anie.202319913

Aangeboden door Tohoku Universiteit