Gli scienziati hanno sviluppato una nuova ricetta per creare miscele di gas di sintesi, o syngas, ciò comporta l'aggiunta di un pizzico di atomi di rame spruzzati su una superficie dorata. Il nuovo materiale supporta una reazione elettrochimica a temperatura ambiente che può convertire l'anidride carbonica e l'acqua in syngas, una miscela di monossido di carbonio e idrogeno, e un importante precursore nella produzione di prodotti chimici e combustibili sintetici.

I ricercatori affermano che il syngas può essere convertito a valle in piccole molecole, come l'etanolo, o idrocarburi più grandi, come quelli nella benzina, per fermentazione o termochimica. Progettare un materiale e un processo in grado di controllare facilmente la composizione del syngas sarebbe un importante miglioramento nella riduzione degli impatti ambientali di quei processi industriali.

Descrivono il loro design in un articolo recentemente pubblicato su Giornale della Società Chimica Americana . Lo studio è stato condotto da Peidong Yang, scienziato senior della facoltà presso il Lawrence Berkeley National Laboratory (Berkeley Lab) Divisione di scienze dei materiali del Dipartimento di energia, e Edward Sargent, Professore presso il Dipartimento di Ingegneria Elettrica e Informatica dell'Università di Toronto.

"Non conosciamo nessun altro singolo elettrocatalizzatore che combini alti tassi di produzione con un controllo così ampio della composizione del syngas, " disse Yang, che è anche professore di chimica all'Università della California, Berkeley. "Molti processi che utilizzano il syngas richiedono diverse composizioni di gas, quindi volevamo creare una famiglia di elettrocatalizzatori che potesse essere facilmente sintonizzabile."

I ricercatori hanno scoperto che potevano controllare la quantità di monossido di carbonio e idrogeno generati dall'elettrocatalizzatore regolando la quantità di atomi di rame stratificati su una superficie d'oro nanostrutturata.

"Il rame cambia la forza con cui la CO2 si lega alla superficie, ", ha affermato l'autore principale dello studio Michael Ross, un ricercatore post-dottorato nel laboratorio di Yang. "Una superficie nanostrutturata che è principalmente oro produce principalmente monossido di carbonio. Per produrre una miscela più ricca di idrogeno, aggiungiamo più rame."

I ricercatori hanno utilizzato tecniche di spettroscopia fotoelettronica a raggi X presso la Molecular Foundry di Berkeley Lab per quantificare la quantità di rame sull'elettrocatalizzatore d'oro necessaria per creare diverse miscele di syngas. Per esempio, uno strato di rame dello spessore di 1 atomo che ricopre la superficie dell'oro può produrre una miscela 2-a-1 di idrogeno e monossido di carbonio. Quando l'oro è lasciato inalterato, la miscela idrogeno-monossido di carbonio è da 1 a 10, dimostrando un'ampia flessibilità nella produzione di syngas.

"Se questi elettrocatalizzatori potessero essere scalati per funzionare nei reattori industriali, potremmo fare syngas usando elettricità e CO2 generate da fonti rinnovabili " ha detto Ross. "Syngas è attualmente in fase di conversione in metanolo, Carburante diesel, e altre sostanze chimiche utili in tutto il mondo. Ciò potrebbe rendere la produzione di queste sostanze chimiche molto più sostenibile".