Om klimaatverandering effectief tegen te gaan en te voldoen aan de stijgende wereldwijde energiebehoefte, mensen moeten hun methoden voor het opwekken van energie drastisch veranderen. Nieuwe katalysatoren voor een koolstofneutrale omzetting van energie kunnen een grote hulp zijn bij het aangaan van deze uitdagingen, de overgang naar het gebruik van hernieuwbare energiebronnen te vergemakkelijken.

elektrolytische benaderingen, die elektrische energie omzetten in chemische potentiële energie, zijn bijzonder veelbelovend voor de ontwikkeling van katalysatoren om CO . te verminderen ₂ . Deze benaderingen zijn over het algemeen gebaseerd op het gebruik van waterige stoffen die goedkoop, goed bereikbaar en veilig voor het milieu. In aanvulling, ze werken meestal bij omgevingstemperaturen en drukken.

Enkele van de meest voorkomende elektrokatalysatoren die worden gebruikt om CO . mogelijk te maken ₂ reductiereacties zijn edele metalen, basismetalen, metaaloxiden, metaaldichalcogeniden en moleculaire katalysatoren. Deze katalysatoren, evenals anderen die in eerdere onderzoeken zijn getest, gaan vaak gepaard met cruciale beperkingen die grootschalige implementatie ervan in de weg staan. Bijvoorbeeld, ze kunnen erg duur zijn, terwijl het ook lage energie-efficiënties en onbevredigende elektrochemische stabiliteiten vertoont.

Onderzoekers van Stanford University hebben onlangs een nieuwe ontwerpstrategie bedacht die kan helpen om een ​​aantal van deze beperkingen te overwinnen, maakt de fabricage mogelijk van selectieve en toch robuuste katalytische interfaces voor heterogene elektrokatalysatoren die CO . kunnen verminderen ₂ naar C ₂ oxygeneert. Hun benadering voor het ontwerpen van deze elektrokatalysatoren werd geïntroduceerd en uiteengezet in een paper gepubliceerd door Natuur Energie .

"We rapporteren een ontwerpprincipe voor het creëren van een selectieve maar robuuste katalytische interface voor heterogene elektrokatalysatoren bij de reductie van CO ₂ naar C ₂ oxygeneert, aangetoond door rationele afstemming van een assemblage van met stikstof gedoteerde nanodiamanten (N-ND) en koperen nanodeeltjes, ’ schreven de onderzoekers in hun paper.

In hun studie hebben het team van Stanford liet in wezen zien hoe een katalytische interface kan worden geassembleerd door Cu-nanodeeltjes op te nemen in N-ND, het maken van het materiaal N-ND/Cu. De synergie van deze twee samengevoegde componenten (d.w.z. Cu en N-ND) bleken significante verbeteringen mogelijk te maken in het CO .-proces van de katalysator ₂ naar C ₂ zuurstoftransformatie.

"De katalysator vertoont een Faraïdische efficiëntie van -63 procent in de richting van C ₂ oxygeneert bij aangelegde potentialen van slechts -0,5V versus een omkeerbare waterstofelektrode, ' schreven de onderzoekers in hun paper. 'Bovendien, deze katalysator vertoont een ongekende persistente katalytische prestatie tot 120 uur, met constante stroom en slechts 19 procent activiteitsverval."

De katalysator die is ontwikkeld met behulp van het ontwerpprincipe dat is voorgesteld door deze in Stanford gevestigde onderzoekers, bleek in verschillende domeinen beter te presteren dan bestaande elektrokatalytische systemen, een opmerkelijk hoge activiteit en selectiviteit bereiken. In aanvulling, de nieuwe ontwerpstrategie zorgt voor een ongeëvenaarde mate van controle over de katalytische interface, en dus ook over de reactie-energys en kinetics.

In de toekomst, de aanpak zou de ontwikkeling van een verscheidenheid aan nieuwe elektrokatalytische interfaces kunnen leiden, de weg vrijmaken voor effectievere en milieuvriendelijkere technieken voor het opslaan van energie. In aanvulling, dezelfde ontwerpstrategie moet eenvoudig kunnen worden toegepast op de fabricage van talrijke katalytische transformaties, met name die welke gebaseerd zijn op het gebruik van hernieuwbare energiebronnen en gemakkelijk verkrijgbare waterige stoffen.

© 2020 Wetenschap X Netwerk