Credito:Arán-Ais et al.
L'energia elettrica derivata da fonti rinnovabili potrebbe essere utilizzata per riorganizzare i legami nell'anidride carbonica (CO 2 ) e molecole d'acqua in idrocarburi complessi, che può poi essere bruciato per produrre nuova energia e CO 2 , infine consentendo un ciclo del carbonio. Il rame è un materiale catalitico che si è rivelato promettente per consentire questo processo e facilitare la CO 2 reazione di elettroriduzione (CO 2 RR).
Due elementi chiave quando si cerca di capire i parametri che controllano la CO 2 Le reazioni RR sono una struttura superficiale ben definita e una composizione del materiale nota. Studi teorici e sperimentali passati hanno dimostrato che il percorso di accoppiamento C―C per la generazione di etilene è favorito sulla superficie Cu(100).
Più recentemente, i ricercatori hanno notato il ruolo catalitico chiave svolto da Cu + e ossigeno sotterraneo per la produzione di idrocarburi C2-C3 e alcol. Però, stabilizzare il rame nelle condizioni necessarie per la CO 2 reazione di elettroriduzione (CO 2 RR) si è rivelato finora molto impegnativo.
Ricercatori dell'Istituto Fritz-Haber, parte della Max-Plank Society di Berlino, hanno condotto uno studio volto a stabilizzare Cu(I), rame allo stato di ossidazione 1+, per comprendere meglio il suo ruolo nella CO 2 Reazione RR. In un recente documento, pubblicato in Energia della natura , hanno riportato una maggiore efficienza nella produzione di etanolo utilizzando rame, ottenuto regolando la struttura e lo stato di ossidazione dei catalizzatori Cu (I).
"Finora, la stabilizzazione delle specie Cu(I) sotto CO 2 condizioni di riduzione si è rivelata molto difficile, "Beatrice Roldan Cuenya, uno dei ricercatori che ha condotto lo studio, ha detto a TechXplore. "L'obiettivo principale del nostro studio era quello di essere in grado di generare specie Cu(I) e stabilizzarle transitoriamente su una superficie ben definita, per poi studiarne l'impatto sulla CO 2 Selettività del prodotto RR."
Nel loro studio, Roldan Cuenya e i suoi colleghi hanno messo a punto la struttura e lo stato di ossidazione dei catalizzatori di rame utilizzando una tecnica nota come elettrolisi pulsata. Questa tecnica ha permesso loro di progettare una sequenza potenziale pulsata, che ha consentito la messa a punto simultanea sia della struttura superficiale che della composizione dei catalizzatori Cu durante la CO 2 Reazione RR.
I ricercatori hanno monitorato i cambiamenti nella struttura del catalizzatore e lo stato chimico della sua superficie. Questo alla fine ha portato a nuove interessanti scoperte sui meccanismi attraverso i quali i catalizzatori di rame consentono la generazione di idrocarburi tramite la CO 2 Reazione RR.
"I nostri risultati suggeriscono che la combinazione di (100) domini, siti difettosi, e superficie Cu 2 O è la migliore configurazione per aumentare la CO 2 Via di reazione RR che porta a C 2+ prodotti, " ha spiegato Roldan Cuenya. "In particolare, una maggiore selettività dell'etanolo potrebbe essere legata alla coesistenza di Cu(I) e Cu 0 specie, mentre la resa in etilene è stata dominata dalla lunghezza dei terrazzi di Cu(100)."
Il recente studio condotto da questo team di ricercatori ha raccolto nuove interessanti scoperte che fanno luce sul ruolo dei catalizzatori di rame nel facilitare la conversione elettrochimica della CO 2 . Nel futuro, la tecnica utilizzata da Roldan Cuenya e dai suoi colleghi potrebbe essere utilizzata per sintonizzare le interfacce elettrochimiche con strutture e composizioni superficiali vincolate, in modo che possano essere utilizzati per produrre selettivamente C 2 prodotti.
"Nei nostri prossimi studi, vorrebbe esplorare l'effetto della rigenerazione continua delle specie Cu(I) su altri orientamenti superficiali e infine applicare questo protocollo pulsato ad altri sistemi nanoparticellari che mirano ad applicazioni più pratiche in veri elettrolizzatori, " Disse Roldan Cuenya.
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