Elektrische energie afkomstig van hernieuwbare bronnen zou kunnen worden gebruikt om bindingen in koolstofdioxide (CO ₂ ) en watermoleculen tot complexe koolwaterstoffen, die vervolgens kunnen worden verbrand om nieuwe energie en CO . te produceren ₂ , uiteindelijk een koolstofkringloop mogelijk maken. Koper is een katalytisch materiaal waarvan is aangetoond dat het veelbelovend is om dit proces mogelijk te maken en de CO . te vergemakkelijken ₂ elektroreductiereactie (CO ₂ RR).

Twee belangrijke elementen bij het begrijpen van de parameters die de CO . regelen ₂ RR-reacties zijn een goed gedefinieerde oppervlaktestructuur en een bekende materiaalsamenstelling. Eerdere theoretische en experimentele studies hebben aangetoond dat de C―C-koppelingsroute voor het genereren van ethyleen de voorkeur heeft op het Cu(100)-oppervlak.

Recenter, onderzoekers merkten de belangrijkste katalytische rol van Cu . op ^δ+ en ondergrondse zuurstof voor de productie van C2-C3-koolwaterstoffen en alcohol. Echter, stabiliseren van koper onder de omstandigheden die nodig zijn voor de CO ₂ elektroreductiereactie (CO ₂ RR) te laten plaatsvinden, is tot nu toe zeer uitdagend gebleken.

Onderzoekers van het Fritz-Haber Instituut, onderdeel van de Max-Plank Society in Berlijn, een studie hebben uitgevoerd gericht op het stabiliseren van Cu(I), koper in de 1+ oxidatietoestand, om zijn rol in de CO . beter te begrijpen ₂ RR reactie. In een recente krant, gepubliceerd in Natuur Energie , ze rapporteerden een verbeterde efficiëntie bij het produceren van ethanol met behulp van koper, bereikt door het afstemmen van de structuur en oxidatietoestand van Cu (I) katalysatoren.

"Tot dusver, de stabilisatie van Cu(I)-soorten onder CO ₂ reductievoorwaarden is zeer moeilijk gebleken, "Beatriz Roldan Cuenya, een van de onderzoekers die het onderzoek heeft uitgevoerd, vertelde TechXplore. "Het belangrijkste doel van onze studie was om Cu(I)-soorten te genereren en deze tijdelijk te stabiliseren op een goed gedefinieerd oppervlak, om vervolgens hun impact op de CO . te bestuderen ₂ RR-productselectiviteit."

In hun studie hebben Roldan Cuenya en haar collega's hebben de structuur en oxidatietoestand van koperkatalysatoren afgestemd met behulp van een techniek die bekend staat als gepulseerde elektrolyse. Met deze techniek konden ze een gepulseerde potentiaalreeks ontwerpen, waardoor de gelijktijdige afstemming van zowel de oppervlaktestructuur als de samenstelling van Cu-katalysatoren tijdens de CO ₂ RR reactie.

De onderzoekers volgden veranderingen in de structuur van de katalysator en de chemische toestand van het oppervlak. Dit leidde uiteindelijk tot interessante nieuwe bevindingen over de mechanismen waarmee koperkatalysatoren de opwekking van koolwaterstoffen via de CO . mogelijk maken ₂ RR reactie.

"Onze bevindingen suggereren dat de combinatie van (100) domeinen, defecte plaatsen, en oppervlakte Cu ₂ O is de beste configuratie om de CO . te verbeteren ₂ RR-reactieroute die leidt tot C ₂₊ producten, Roldan Cuenya legde uit. een verhoogde selectiviteit voor ethanol zou kunnen worden gekoppeld aan het naast elkaar bestaan ​​van Cu(I) en Cu ⁰ soort, terwijl de etheenopbrengst werd gedomineerd door de lengte van de Cu(100)-terrassen."

De recente studie uitgevoerd door dit team van onderzoekers verzamelde nieuwe interessante bevindingen die enig licht werpen op de rol van koperkatalysatoren bij het vergemakkelijken van de elektrochemische omzetting van CO ₂ . In de toekomst, de techniek die door Roldan Cuenya en haar collega's wordt gebruikt, kan worden gebruikt om elektrochemische interfaces af te stemmen met beperkte oppervlaktestructuren en composities, zodat ze kunnen worden gebruikt om selectief C . te produceren ₂ producten.

"In onze volgende studies, zou graag het effect van de continue regeneratie van Cu(I)-soorten op andere oppervlakteoriëntaties willen onderzoeken en dit gepulseerde protocol ten slotte willen toepassen op andere nanodeeltjesvormige systemen met het oog op meer praktische toepassingen in echte elektrolyzers, ' zei Roldan Cuenya.

© 2020 Wetenschap X Netwerk