Un numero crescente di scienziati sta cercando rapidamente, modi economici per convertire l'anidride carbonica in sostanze chimiche e combustibili preziosi.

Ora, un team internazionale di ricercatori ha rivelato un nuovo approccio che utilizza una serie di reazioni catalitiche per ridurre elettrochimicamente l'anidride carbonica in metano, l'ingrediente principale del gas naturale, eliminando una fase intermedia solitamente necessaria nel processo di riduzione.

"Vogliamo fornire elettricità rinnovabile e prendere l'anidride carbonica dall'atmosfera e convertirla in qualcos'altro in un solo passaggio, " disse Bingjun Xu , un assistente professore dell'Università del Delaware di ingegneria chimica e biomolecolare. "Questo è un contributo chiave a questa visione".

I risultati del team sono stati pubblicati sulla rivista Comunicazioni sulla natura il 26 luglio, 2019. Due degli autori dello studio hanno sede presso l'UD:Xu e l'associata post-dottorato Xiaoxia Chang. Un altro autore dello studio, Qi Lu dell'Università Tsinghua in Cina, è stato in precedenza un associato post-dottorato presso il Dipartimento di ingegneria chimica e biomolecolare dell'UD.

Gli autori del documento includono anche Haochen Zhang della Tsinghua University, Jingguang Chen della Columbia University, William Goddard III del California Institute of Technology e Mu-Jeng Cheng della National Cheng Kung University di Taiwan.

Un sistema a una pentola

Per convertire l'anidride carbonica in preziosi combustibili, bisogna partire da una superficie in rame, il metallo famoso per il suo uso in penny e cavi elettrici. Il rame può essere utilizzato per ridurre l'anidride carbonica in monossido di carbonio, che possono poi essere ulteriormente trasformati in sostanze come il metano. Questo processo è relativamente semplice, ma richiede due reattori e costosi passaggi di separazione e purificazione.

Il team di ricerca ha utilizzato calcoli ed esperimenti per progettare un sistema di catalisi a un vaso. Aggiungere anidride carbonica, e una serie di reazioni chimiche avverrà senza la necessità di fermarsi e aggiungere più sostanze chimiche.

Per fare questo, il team ha aggiunto speciali superfici d'argento nanostrutturate, che sono stati sviluppati da Lu quando era associato post-dottorato presso UD dal 2012 al 2015, alle superfici in rame. La porzione d'argento attrae le molecole di monossido di carbonio, che poi migrano nella porzione di rame e si riducono a metano. Il sistema produce una maggiore concentrazione di metano rispetto ai sistemi a solo rame.

"In questo lavoro la novità principale è combinare questi due in una configurazione in modo che diversi passaggi di reazione possano verificarsi in un unico sistema, " ha detto Xu. "Abbiamo sistematicamente modificato la composizione, il rapporto argento-rame nella struttura. Queste sono la chiave per la selettività e la capacità di combinare le reazioni".

I precedenti tentativi di combinare il rame con il metallo prezioso in questo modo sono falliti, ma il gruppo ha sviluppato un tipo speciale di struttura degli elettrodi che ha consentito il sistema. La ricerca è stata il risultato di uno sforzo collaborativo con gruppi di ricerca che hanno contribuito alla spettroscopia, calcolo, e studi sulla reattività dei materiali.