Intensi sforzi di ricerca sono stati diretti allo studio della conversione elettrochimica della CO2 , uno dei principali gas a effetto serra, nei prodotti chimici e nei carburanti della piattaforma. Il successo di questa tecnologia può consentire la decarbonizzazione di alcune delle maggiori emissioni di CO2 emettitori, comprese le industrie manifatturiere dell'acciaio, del cemento e dei prodotti chimici.
Il rame è unico nella sua capacità di convertire CO2 a basse temperature a una vasta gamma di prodotti, come monossido di carbonio, etilene ed etanolo a densità di corrente utilizzabili a livello industriale. Di conseguenza, c’è un interesse diffuso per la comprensione della CO2 conversione su elettrodi di rame come CO2 efficiente e stabile elettrolizzatori.
In un recente studio che ha coinvolto un team multidisciplinare del Lawrence Livermore National Laboratory (LLNL), del Lawrence Berkeley National Laboratory, dell’Università della California Berkeley e del Korea Advanced Institute of Science and Technology (KAIST), i ricercatori hanno utilizzato la cinetica transitoria chimica e la modellazione microcinetica comprendere il funzionamento su scala atomistica degli elettrodi di rame durante la conversione elettrochimica del monossido di carbonio, un intermedio di reazione chiave nella CO2 elettrochimica conversione.
I loro risultati sono stati pubblicati come articolo ad accesso libero sulla rivista ACS Catalysis .
Utilizzando un semplice protocollo sperimentale che prevede il passaggio ripetuto dell'alimentazione del gas da argon a monossido di carbonio, i ricercatori hanno scoperto che la conversione del monossido di carbonio in prodotti multi-carbonio può procedere alla stessa velocità per diversi secondi anche dopo che l'alimentazione del gas è passata da monossido di carbonio ad argon (denominato tempo di ritardo). Questa osservazione ha motivato il team a comprendere l'origine del tempo di ritardo e le sue implicazioni per la progettazione di catalizzatori efficienti per questa importante reazione.
"La nostra scoperta sorprendente derivante da questo lavoro è che l'effettiva attività catalitica della reazione migliora quando è presente una frazione maggiore di siti meno attivi [chiamati siti serbatoio]. Abbiamo sviluppato un modello microcinetico che coinvolge tre tipi di siti per spiegare i nostri risultati", ha affermato Nitish Govindarajan, ricercatore LLNL e co-primo autore.
"I nostri risultati indicano che i siti attivi dei catalizzatori non possono essere analizzati isolatamente dai siti vicini. Piuttosto, dobbiamo considerare come l'intera rete dei siti catalitici funziona in modo cooperativo per stabilire una catena di fornitura di reagenti ai siti più attivi", ha affermato il co-principale di LLNL investigatore Christopher Hahn.
Ulteriori informazioni: Chansol Kim et al, Importanza della diversità dei siti e della connettività nella riduzione elettrochimica della CO su Cu, catalisi ACS (2024). DOI:10.1021/acscatal.3c05904
Fornito dal Lawrence Livermore National Laboratory
