La lega Co-Cu dispersa atomicamente fabbricata mediante ricostruzione in situ della struttura metallo-organica Cu drogata con Co traccia viene impiegata come catalizzatore per CO2 elettrochimica riduzione. I droganti Co in Cu favoriscono la protonazione *CO rispetto all'accoppiamento CC-C attraverso un maggiore adsorbimento *H e una ridotta copertura *CO, promuovendo così la selettività del metano. Credito:Yang Peng (Università di Soochow)
Il mondo è fortemente dipendente dai combustibili fossili per alimentare la sua industria e i trasporti. Questi combustibili fossili portano a un'emissione eccessiva di anidride carbonica, che contribuisce al riscaldamento globale e all'acidificazione degli oceani. Un modo per ridurre questa eccessiva emissione di anidride carbonica dannosa per l'ambiente è attraverso l'elettroriduzione dell'anidride carbonica in combustibili a valore aggiunto o sostanze chimiche che utilizzano energia rinnovabile. L'idea di utilizzare questa tecnologia per produrre metano ha suscitato ampio interesse. Tuttavia, i ricercatori hanno avuto un successo limitato nello sviluppo di catalizzatori efficienti per il metano.
Un team di ricerca della Soochow University ha ora sviluppato una semplice strategia per la creazione di catalizzatori in lega di rame cobalto che forniscono un'eccezionale attività del metano e selettività nella riduzione elettrocatalitica dell'anidride carbonica. La loro ricerca è pubblicata su Nano Research .
Negli ultimi 10 anni, gli scienziati hanno compiuto notevoli progressi nel far progredire la loro comprensione dei catalizzatori e nell'applicare le conoscenze alla loro fabbricazione. Ma i catalizzatori che sono stati sviluppati non sono stati soddisfacenti per l'uso con il metano, in termini di selettività o densità di corrente. Nonostante le grandi conoscenze acquisite dagli scienziati, le strategie che hanno tentato di creare catalizzatori per il metano sono semplicemente troppo costose per essere utili in applicazioni pratiche.
Il team della Soochow University ha considerato le strutture metalliche organiche come un modo per superare le precedenti sfide nella costruzione di catalizzatori per il metano. "Le strutture metalliche organiche sono state percepite come una categoria unica di catalizzatore di reazione elettrochimico di riduzione dell'anidride carbonica poiché offrono una piattaforma regolabile per alterare sistematicamente la coordinazione del sito metallico, regolare lo strato di Helmholtz e controllare il legame degli intermedi", ha affermato il professor Yang Peng , Soochow Institute of Energy and Materials Innovations, College of Energy, Soochow University. Lo strato di Helmholtz si riferisce al confine o all'interfaccia che appare nel punto in cui un conduttore elettronico entra in contatto con un conduttore ionico.
Tuttavia, la stabilità delle strutture metalliche organiche durante il processo elettrolitico rimane un problema limitante. Quindi le strutture metalliche organiche sono spesso utilizzate come precursori strutturali per derivare insiemi di catalizzatori più robusti durante la ricostruzione. Nella loro ricerca, il team ha sfruttato i centri metallici omogeneamente dispersi della struttura in metallo organico. Hanno ottenuto leghe di rame cobalto ridotte elettrochimicamente che forniscono un'attività del metano eccezionale e selettività nella riduzione elettrocatalitica dell'anidride carbonica. Il team ha utilizzato la spettroscopia di adsorbimento di raggi X in situ e la spettroscopia a infrarossi potenziata con superficie a riflessione totale attenuata nello sviluppo della propria strategia.
Lo studio del team non solo offre una strategia utile per la costruzione di catalizzatori elettrocatalitici di riduzione dell'anidride carbonica attraverso la ricostruzione elettrochimica di strutture organiche metalliche bimetalliche, ma fornisce anche importanti spunti sulla guida dei percorsi di riduzione dell'anidride carbonica elettrocatalitica sul rame attraverso il drogaggio atomico dei metalli di transizione 3d. Questi metalli di transizione 3D sono gli elementi della tavola periodica a partire da 22 Da 29 Cu (da titanio a rame).
Modulando la concentrazione di drogaggio del cobalto, il team ha ottenuto una notevole efficienza Faradaica del 60% rispetto al metano a un'elevata densità di corrente operativa.
"Il messaggio più importante che vorremmo trasmettere in questo lavoro è che drogando atomicamente altri metalli di transizione 3D in rame, anche in una piccola quantità, l'energia e il percorso di riduzione dell'anidride carbonica elettrocatalitica possono essere modulati in modo controllabile", ha affermato Peng.
Come passo successivo, il team vuole ottenere una migliore stabilità. Lo faranno testando il sistema catalitico in un gruppo di elettrodi a membrana. "Il nostro obiettivo finale è raggiungere la produttività su scala industriale e la stabilità della produzione di metano e realizzare l'utilizzo pieno di risorse dell'anidride carbonica in modo ecologico", ha affermato Peng. + Esplora ulteriormente
