Dicono che è meglio aver avuto qualcosa di speciale e averlo perso piuttosto che non averlo mai avuto. Chi avrebbe mai pensato che il sentimento fosse vero per i catalizzatori di ossido di metallo? Secondo gli scienziati del Lawrence Berkeley National Laboratory (Berkeley Lab) e del Caltech, il rame che una volta era legato all'ossigeno è più bravo a convertire l'anidride carbonica in combustibili rinnovabili rispetto al rame che non è mai stato legato all'ossigeno.

Per il loro studio, ora pubblicato sulla rivista Catalisi ACS , gli scienziati hanno eseguito la spettroscopia a raggi X su prototipi di generatori solari funzionanti per dimostrare che i catalizzatori a base di ossido di rame sono superiori ai catalizzatori di origine puramente metallica quando si tratta di produrre etilene, un gas a due atomi di carbonio con una vasta gamma di applicazioni industriali, anche dopo che non sono rimasti atomi di ossigeno rilevabili nel catalizzatore.

"Molti ricercatori hanno dimostrato che i catalizzatori di rame derivati ​​dall'ossido sono migliori nel produrre prodotti combustibili da CO ₂ , però, c'è dibattito sul perché questo si verifica, ", ha affermato il co-leader della ricerca Walter Drisdell, un chimico del Berkeley Lab e membro del Centro comune per la fotosintesi artificiale (JCAP). La missione di JCAP è sviluppare soluzioni efficienti, tecnologie a energia solare in grado di convertire la CO . atmosferica ₂ in combustibili alternativi al petrolio. Drisdell e i suoi colleghi affermano che la loro scoperta è un importante passo avanti verso tale obiettivo.

Ha spiegato che in condizioni operative per la generazione di carburante, che comporta prima la conversione della CO ₂ in monossido di carbonio, quindi la formazione di catene di idrocarburi:l'ossigeno legato al rame è naturalmente esaurito nel catalizzatore. Però, alcuni ricercatori ritengono che piccole quantità di ossigeno rimangano nella struttura metallica, e che questa è la fonte della maggiore efficienza.

Per risolvere il dibattito, il team ha portato un sistema di gascromatografia (GC) alla linea di raggi X in modo da poter rilevare la produzione di etilene in tempo reale. "I nostri collaboratori di Caltech hanno guidato il GC fino a Pasadena e l'hanno installato presso l'impianto a raggi X di Palo Alto, " ha detto Soo Hong Lee, ricercatore post-dottorato presso il Berkeley Lab e co-autore principale dello studio. "Con esso, abbiamo dimostrato che non esiste alcuna correlazione tra la quantità di ossigeno ("ossido") nel catalizzatore e la quantità di etilene prodotta. Così, pensiamo che i catalizzatori derivati ​​dall'ossido siano buoni, non perché hanno ossigeno rimanente mentre riducono il monossido di carbonio, ma perché il processo di rimozione dell'ossigeno crea una struttura metallica di rame che è migliore nella formazione dell'etilene."

Il team ha inoltre dimostrato che, sebbene l'efficienza dei catalizzatori derivati ​​dall'ossido diminuisca nel tempo, può essere regolarmente "riattivato" aggiungendo e rimuovendo nuovamente ossigeno durante un semplice processo di manutenzione. Il loro prossimo passo è progettare una cella generatrice di combustibile in grado di funzionare con strumenti di diffusione dei raggi X, consentendo loro di mappare direttamente la struttura mutevole del catalizzatore mentre converte il monossido di carbonio in etilene.

Il team di ricerca includeva anche Ian Sullivan e Chengxiang Xiang al Caltech, e David Larson, Guiji Liu, e Francesca Toma al Berkeley Lab. Questo lavoro è stato sostenuto dall'Ufficio delle scienze del Dipartimento dell'Energia degli Stati Uniti (DOE). JCAP è un DOE Energy Innovation Hub.