Intensieve onderzoeksinspanningen zijn gericht op het bestuderen van de elektrochemische omzetting van CO₂ , een belangrijk broeikasgas, in platformchemicaliën en brandstoffen. Het succes van deze technologie kan het koolstofvrij maken van enkele van de grootste CO₂-uitstoot mogelijk maken emittenten, waaronder de staal-, cement- en chemische productie-industrie.

Koper is uniek in zijn vermogen om CO₂ om te zetten bij lage temperaturen tot een breed scala aan producten, zoals koolmonoxide, ethyleen en ethanol bij industrieel haalbare stroomdichtheden. Als gevolg hiervan bestaat er een wijdverbreide belangstelling voor het begrijpen van CO₂ conversie op koperelektroden als efficiënt en stabiel CO₂ elektrolyzers.

In een recent onderzoek waarbij een multidisciplinair team van Lawrence Livermore National Laboratory (LLNL), Lawrence Berkeley National Laboratory, University of California Berkeley en het Korea Advanced Institute of Science and Technology (KAIST) betrokken was, gebruikten onderzoekers chemische transiënte kinetiek en microkinetische modellering de werking van koperelektroden op atomaire schaal begrijpen tijdens de elektrochemische omzetting van koolmonoxide, een belangrijke reactie tussenliggend in elektrochemische CO₂ conversie.

Hun bevindingen werden gepubliceerd als open access artikel in het tijdschrift ACS Catalysis .

Met behulp van een eenvoudig experimenteel protocol waarbij de gastoevoer herhaaldelijk wordt omgeschakeld van argon naar koolmonoxide, ontdekken onderzoekers dat de omzetting van koolmonoxide in producten met meerdere koolstofatomen enkele seconden lang met dezelfde snelheid kan doorgaan, zelfs nadat de gastoevoer is overgeschakeld van koolmonoxide naar argon. (dit wordt de vertragingstijd genoemd). Deze observatie motiveerde het team om de oorsprong van de vertragingstijd en de implicaties ervan voor het ontwerpen van efficiënte katalysatoren voor deze belangrijke reactie te begrijpen.

"Onze verrassende bevinding uit dit werk is dat de effectieve katalytische activiteit van de reactie verbetert wanneer er een groter deel van minder actieve sites is (ook wel reservoirsites genoemd). We hebben een microkinetisch model ontwikkeld met drie sitetypen om onze bevindingen te verklaren, " zei LLNL-onderzoeker en co-eerste auteur Nitish Govindarajan.

"Onze bevindingen geven aan dat actieve katalysatorlocaties niet afzonderlijk van hun aangrenzende locaties kunnen worden geanalyseerd. In plaats daarvan moeten we overwegen hoe het hele netwerk van katalysatorlocaties samenwerkt om een ​​toeleveringsketen van reactanten naar de meest actieve locaties tot stand te brengen", aldus LLNL co-directeur onderzoeker Christopher Hahn.

Meer informatie: Chansol Kim et al, Belang van locatiediversiteit en connectiviteit bij elektrochemische CO-reductie op Cu, ACS-katalyse (2024). DOI:10.1021/acscatal.3c05904

Geleverd door Lawrence Livermore National Laboratory