Lo strato organico cresciuto su nanocubo di ossido rameoso ha migliorato la selettività per la riduzione della CO2 delle specie di Cu avvolte da esso e ha anche mantenuto la sua struttura cubica durante la catalisi. Credito:Shoko Kume, Università di Hiroshima
Con l'accelerazione della necessità di mitigare il cambiamento climatico, gli scienziati stanno cercando di trovare nuovi modi per ridurre le emissioni di anidride carbonica. Un processo, chiamato riduzione elettrochimica o elettrolisi, utilizza l'elettricità e un catalizzatore per convertire l'anidride carbonica in prodotti organici che possono essere utilizzati in altri modi. A differenza della conversione tra acqua e idrogeno, il riciclo chimico dell'anidride carbonica può produrre vari prodotti utilizzabili perché il carbonio può sviluppare vaste varietà di strutture organiche.
Un modo per ottenere la riduzione elettrochimica dell'anidride carbonica utilizza pezzi di rame molto piccoli. Sebbene il rame metallico sfuso sia noto per convertire l'anidride carbonica in varie molecole organiche, questi piccoli pezzi di rame possono migliorare ulteriormente l'attività catalitica non solo aumentando la sua superficie, ma anche grazie alla struttura elettronica unica del rame emersa dal nanodimensionamento.
In un articolo pubblicato su Comunicazioni chimiche il 23 giugno, i ricercatori spiegano un processo per migliorare il modo in cui i nanocubi di rame convertono l'anidride carbonica, migliorando la loro selettività. La selettività si riferisce alla capacità di un catalizzatore di produrre un prodotto desiderato su sottoprodotti indesiderati.
"I recenti sviluppi nella riduzione dell'anidride carbonica utilizzando elettrocatalizzatori di rame possono convertire il gas in idrocarburi e alcol, ma la selettività di vari elettrocatalizzatori correlati al rame sviluppati finora è ancora sfuggente, perché tendono a perdere attività a causa della riorganizzazione strutturale durante la catalisi", ha affermato Shoko Kume, professore associato presso la Graduate School of Advanced Science and Engineering dell'Università di Hiroshima in Giappone.
I ricercatori hanno scoperto che questo problema può essere risolto facendo crescere uno strato organico sopra i nanocubi. Innanzitutto, una coppia di monomeri è stata aggiunta al nanocubo di ossido di rame. Questi monomeri sono stati legati dalla chimica all'ossido di rame e uno strato organico uniforme è cresciuto sulla superficie dei cubi.
Questo nuovo strato organico aiuta a migliorare la selettività per la riduzione dell'anidride carbonica, in parte perché l'anidride carbonica ha una scarsa solubilità e lo strato organico prodotto dai ricercatori ha proprietà idrofobiche, il che significa che respinge l'acqua in eccesso, da cui viene prodotto idrogeno indesiderato. "L'avvolgimento ha migliorato la riduzione dell'anidride carbonica del rame al di sotto di questo strato organico sopprimendo l'evoluzione dell'idrogeno e ha anche mantenuto la struttura cubica durante l'operazione del catalizzatore", ha affermato Kume.
Un altro fattore importante per migliorare la qualità dello strato organico è stata la temperatura al momento della crescita, con i migliori risultati riscontrati a temperatura ambiente. Nelle migliori condizioni, lo strato è piatto con uno spessore di diverse molecole. Anche lo strato sottile permea facilmente l'anidride carbonica e consente al rame avvolto di subire l'elettroriduzione, proteggendo i metalli e aiutando i cubi a mantenere la loro forma.
Attualmente, i nanocubi di rame non sono ampiamente adottati come metodo per la riduzione dell'anidride carbonica perché sono instabili e non hanno il livello di selettività necessario per riciclare efficacemente l'anidride carbonica in altri prodotti chimici. I risultati di questo documento evidenziano un nuovo metodo per creare un elettrocatalizzatore utilizzando nanocubi di rame in grado di risolvere alcuni di questi problemi. I ricercatori sottolineano inoltre che il metodo può essere modificato per controllare sia la selettività che per migliorare il funzionamento dei catalizzatori.
"Il nostro metodo attuale può introdurre una vasta gamma di strutture organiche all'interno dello strato, che possono essere coinvolte nel processo di riduzione dell'anidride carbonica per controllarne la selettività e l'efficienza", ha affermato Kume. "Può anche essere utilizzato per controllare il comportamento dinamico delle specie metalliche durante la catalisi, che può sviluppare catalizzatori con una lunga vita e una tolleranza per le impurità". + Esplora ulteriormente
