Figura 1. Procedure di fabbricazione di varie nanostrutture d'oro mediante tecniche di nanopatterning di campo di prossimità (PnP) e galvanica. Credito:The Korea Advanced Institute of Science and Technology (KAIST)
I ricercatori KAIST hanno sviluppato un catalizzatore nanostrutturato tridimensionale (3-D) gerarchicamente poroso con anidride carbonica (CO 2 ) in monossido di carbonio (CO) tasso di conversione fino a 3,96 volte superiore a quello dei catalizzatori d'oro nanoporosi convenzionali. Questo nuovo catalizzatore aiuta a superare i limiti esistenti del trasporto di massa che è stato una delle principali cause di diminuzione della CO 2 tasso di conversione, mantenendo una forte promessa per la conversione elettrochimica su larga scala ed economicamente vantaggiosa della CO 2 in sostanze chimiche utili.
come CO 2 le emissioni aumentano e i combustibili fossili si esauriscono a livello globale, ridurre e convertire la CO 2 per pulire l'energia elettrochimica ha attirato una grande attenzione come una tecnologia promettente. Soprattutto per il fatto che la CO 2 la reazione di riduzione avviene in modo competitivo con le reazioni di evoluzione dell'idrogeno (HER) a potenziali redox simili, lo sviluppo di un efficiente elettrocatalizzatore per CO . selettiva e robusta 2 reazioni di riduzione è rimasto un problema tecnologico chiave.
L'oro (Au) è uno dei catalizzatori più comunemente usati nella CO 2 reazioni di riduzione, ma l'alto costo e la scarsità di Au pongono ostacoli per applicazioni commerciali di massa. Lo sviluppo di nanostrutture è stato ampiamente studiato come potenziale approccio per migliorare la selettività per i prodotti target e massimizzare il numero di siti stabili attivi, migliorando così l'efficienza energetica.
Però, i nanopori delle nanostrutture complesse precedentemente riportate sono stati facilmente bloccati da bolle di CO gassose durante le reazioni acquose. Le bolle di CO ostacolavano il trasporto di massa dei reagenti attraverso l'elettrolita, con conseguente bassa CO 2 tassi di conversione.
Figura 2. Vista dall'alto delle immagini al microscopio elettronico a scansione (SEM) della nanostruttura d'oro gerarchicamente porosa (barre di scala, 3 micron). Credito:The Korea Advanced Institute of Science and Technology (KAIST)
Nello studio pubblicato su Atti dell'Accademia Nazionale delle Scienze degli Stati Uniti ( PNAS ) il 4 marzo, un gruppo di ricerca del KAIST guidato dal professor Seokwoo Jeon e dal professor Jihun Oh del Dipartimento di scienza e ingegneria dei materiali ha progettato una nanostruttura di Au gerarchicamente porosa 3D con due diverse dimensioni di macropori e nanopori. Il team ha utilizzato tecniche di nanopatterning di campo di prossimità (PnP) e galvanica che sono efficaci per fabbricare le nanostrutture 3D ben ordinate.
La nanostruttura proposta, composto da canali macroporosi interconnessi da 200 a 300 nanometri (nm) di larghezza e 10 nm nanopori, induce un trasporto di massa efficiente attraverso i canali macroporosi interconnessi e un'elevata selettività producendo siti stabili altamente attivi da numerosi nanopori.
Figura 3. Illustrazione schematica e vista in sezione trasversale con il percorso di reazione previsto per gli elettrodi d'oro gerarchicamente porosi e d'oro nanoporosi. Credito:The Korea Advanced Institute of Science and Technology (KAIST)
Di conseguenza, i suoi elettrodi mostrano un'elevata selettività per la CO dell'85,8% a un basso sovrapotenziale di 0,264 V e un'attività di massa efficiente che è fino a 3,96 volte superiore a quella degli elettrodi di Au nanoporosi de-legati.
"Si prevede che questi risultati risolvano il problema del trasferimento di massa nel campo di reazioni elettrochimiche simili e possono essere applicati a un'ampia gamma di applicazioni di energia verde per l'utilizzo efficiente di elettrocatalizzatori, " hanno detto i ricercatori.
