Conversione dell'anidride carbonica (CO₂ ) dalle fonti industriali puntuali alle sostanze chimiche e ai combustibili che utilizzano energie rinnovabili possono contribuire ad affrontare la crisi climatica. CO₂ l'elettrolisi è una via promettente.

Gli studi precedenti erano generalmente condotti con CO₂ pura o altamente concentrata alimenta, mentre la CO₂ la concentrazione nei gas di scarico derivanti dalla combustione di combustibili fossili era molto bassa, tipicamente dal 5% al ​​15%. I costi energetici e di capitale associati alla cattura e alla purificazione della CO₂ da fonti puntuali dei fumi sono molto elevati. L'utilizzo diretto dei gas di scarico industriali bypassando le fasi di cattura e purificazione per produrre CO₂ pura feed è ancora impegnativo.

Recentemente, un gruppo di ricerca guidato dai Proff. Wang Guoxiong e Gao Dunfeng del Dalian Institute of Chemical Physics (DICP) dell'Accademia cinese delle scienze (CAS), in collaborazione con il Prof. An Qingda del Dalian Polytechnic University, hanno proposto una strategia di potenziamento molecolare per l'elettrolisi diretta della CO diluita ₂ a CO. Questo studio è stato pubblicato su ACS Energy Letters .

Per affrontare il trasporto di massa sfavorevole, la termodinamica della reazione e la cinetica dell'elettrolisi diretta della CO₂ diluita , i ricercatori hanno costruito un microambiente di reazione che circonda i siti cataliticamente attivi modificando a livello molecolare gli elettrodi CoPc con una molecola di poli(4-vinilpiridina) (P4VP). Il microambiente di reazione formatosi integrava efficacemente la cattura e la conversione di CO₂ da flussi di alimentazione diluiti.

Con un elettrolizzatore alcalino a membrana (MEA) fatto in casa, i ricercatori hanno ottenuto una notevole densità di corrente parziale di CO di 252 mA cm ^-2 con un'efficienza faradaica di CO del 90% con alimentazione diluita con una tipica CO₂ concentrazione (10%) nel gas di combustione, che era 2,24 volte superiore a quella dell'elettrodo CoPc nudo.

I risultati della caratterizzazione strutturale fisico-chimica ed elettrochimica hanno indicato che gli abbondanti gruppi piridinici del modificatore P4VP hanno migliorato sequenzialmente l'adsorbimento fisico e l'attivazione chimica della CO₂ rispetto ai siti Co dei catalizzatori CoPc, con conseguenti prestazioni impressionanti per l'elettrolisi diretta della CO₂ diluita al CO.

Questa strategia di potenziamento molecolare, con un ulteriore controllo preciso delle strutture catalitiche e dei microambienti di reazione, sarà molto promettente per l'elettrolisi diretta dei gas di scarico industriali e la produzione selettiva di sostanze chimiche multicarbonio come l'etilene.

Ulteriori informazioni: Bingyu Chen et al, Miglioramento molecolare dell'elettrolisi diretta della CO₂ diluita , Lettere sull'energia ACS (2024). DOI:10.1021/acsenergylett.3c02812

Informazioni sul giornale: Lettere sull'energia ACS

Fornito dall'Accademia cinese delle scienze