De synthese van op koolstof gebaseerde chemicaliën via de elektrochemische reductie van koolstofdioxide (CO₂ ) is de belangrijkste doelstelling geworden van talrijke recente inspanningen op het gebied van energieonderzoek. Hoewel deze onderzoeken veelbelovende resultaten hebben opgeleverd, waardoor de productie van verschillende veelgebruikte chemicaliën mogelijk is geworden, vertonen de meeste voorgestelde benaderingen een slechte energie-efficiëntie en selectiviteit.

Voorgestelde methoden voor de elektrochemische reductie van CO₂ in bijvoorbeeld de koolwaterstof ethyleen hebben tot nu toe niet de gewenste energie-efficiëntie en stabiliteit bereikt. Dit heeft de wijdverbreide inzet ervan verhinderd als alternatief voor conventionele petrochemische benaderingen voor de productie van ethyleen, die negatieve gevolgen hebben voor het milieu.

Onderzoekers van de Université Montpellier en andere instituten zijn onlangs begonnen met het faciliteren van de selectieve en energie-efficiënte synthese van ethyleen via de reductie van CO₂ door hetfunctionaliseren van katalysatoren die reductiereacties veroorzaken. Hun artikel, gepubliceerd in Nature Energy , introduceert een strategie om koper (Cu)-katalysatoren voor CO₂ tefunctionaliseren reductie met behulp van aryldiazoniumzouten, kleurloze stoffen die momenteel worden gebruikt om verschillende organische verbindingen te synthetiseren.

"Hoewel er vooruitgang is geboekt bij de productie van multi-koolstofproducten door de elektrochemische reductie van CO₂ , de bescheiden selectiviteit voor ethyleen (C₂ H₄ ) leidt tot een lage energie-efficiëntie en hoge stroomafwaartse scheidingskosten", schreven Huali Wu, Lingqi Huang en hun collega's in hun artikel. "We functionaliteiten Cu-katalysatoren met een verscheidenheid aan gesubstitueerde aryldiazoniumzouten om de selectiviteit naar multi-koolstofproducten te verbeteren." /P>

In hun berekeningen en experimenten ontdekten Wu, Huang en hun medewerkers dat verschillende aryldiazoniumzouten konden helpen de oxidatietoestand van Cu aan te passen. Met behulp van deze zouten waren ze dus in staat katalysatoren tefunctionaliseren tot een membraanelektrode-assemblagecel (MEA), het primaire onderdeel van brandstofcellen dat gewenste elektrochemische reacties mogelijk maakt, inclusief de reacties die ten grondslag liggen aan de reductie van CO₂ .

De onderzoekers testten de prestaties van deze MEA-stroomcel met op maat gemaakte Cu-sites in een reeks experimenten. Ze ontdekten dat hun functionaliteitsstrategie de energie-efficiëntie en stabiliteit van CO₂ verbeterde reductie om ethyleen te produceren.

"Met behulp van berekeningen en operandospectroscopie ontdekken we dat de oxidatietoestand van het Cu-oppervlak (δ ⁺ waarbij 0 <� δ <� 1) kan worden afgestemd door functionaliteit en dat dit de selectiviteit naar C₂ beïnvloedt H₄ ”, schreven de onderzoekers.

"We rapporteren een Faradaïsche efficiëntie en een specifieke stroomdichtheid voor C₂ H₄ zo groot als 83 ± 2% en 212 mA cm ⁻² respectievelijk op gedeeltelijk geoxideerd Cu ^0,26+ . Met behulp van een CO-gastoevoer demonstreren we een energie-efficiëntie van ~40% met een C₂ H₄ Faradaïsche efficiëntie van 86 ± 2%, wat overeenkomt met een laag elektrisch stroomverbruik van 25,6 kWh Nm ⁻³ voor de CO naar C₂ H₄ conversiereactie."

De recente studie van dit team van onderzoekers introduceert een nieuwe veelbelovende strategie om de energie-efficiënte en stabiele elektrosynthese van ethyleen uit CO₂ mogelijk te maken. , waarbij gebruik wordt gemaakt van de valentietechniek van koper. Deze strategie zou binnenkort kunnen worden verfijnd en verder gevalideerd, wat mogelijk kan bijdragen aan de toekomstige verschuiving naar duurzamere methoden om ethyleen op grote schaal te produceren.

Meer informatie: Huali Wu et al, Selectieve en energie-efficiënte elektrosynthese van ethyleen uit CO2 door de valentie van Cu-katalysatoren af ​​te stemmen via functionaliteit van aryldiazonium, Nature Energy (2024). DOI:10.1038/s41560-024-01461-6.

Journaalinformatie: Natuurenergie

© 2024 Science X Netwerk