Naukowcy odkrywają bardziej ekologiczną i wydajniejszą metodę przekształcania dwutlenku węgla w paliwo

Naukowcy udoskonalili redukcję CO2 do etanolu, stosując nanorurki miedzi pokryte tlenkiem cynku, poprawiając wydajność i stabilność. Ta innowacyjna metoda oferuje zrównoważony i opłacalny sposób produkcji etanolu z CO2.

Nowe badanie pokazuje, że naukowcom z powodzeniem wykorzystano kombinację tlenku miedzi i cynku w celu zwiększenia katalitycznej redukcji CO₂ w etanol. Tradycyjnie proces ten opierał się wyłącznie na katalizatorach na bazie miedzi w stacjonarnych warunkach reakcji, które nie gwarantują optymalnej selektywności etanolu. Pulsacyjny CO₂RR stanowi obiecującą alternatywę poprzez zmianę tych warunków, ale bardziej wymagające środowisko reakcji może zagrozić stabilności katalizatora, co negatywnie wpływa na jego działanie.

To nowe badanie podkreśla korzyści płynące ze stosowania pulsacyjnego elektrochemicznego CO₂ redukcja (CO₂RR) techniki. Co więcej, zespół odkrył, że dodając otoczkę tlenku cynku do nanorurek tlenku miedzi, można zwiększyć produkcję etanolu, minimalizując jednocześnie niepożądane produkty uboczne, takie jak wodór.

Szczególnie udało się uzyskać podobne, jeśli nie lepsze wyniki w produkcji etanolu w porównaniu z czystymi katalizatorami Cu, ale przy znacznie mniej wymagających warunkach reakcji. W przeszłości proces utleniania katalizatora odbywał się w pulsacyjnym CO₂ Stwierdzono, że redukcja prowadzi do utraty atomów Cu poprzez oksydacyjne rozpuszczenie w ciekłym ośrodku (elektrolicie), zmniejszając z czasem jego skuteczność.

Zwiększanie stabilności katalizatora

Wręcz przeciwnie, niniejsze badanie ujawniło, że trwalszy elektrokatalizator można stworzyć projektowo poprzez osadzenie powłoki tlenku cynku na nanorurkach miedzi. Dzięki nowym katalizatorom utlenia się przede wszystkim składnik cynkowy, oszczędzając miedź, zachowując w ten sposób integralność i wydajność katalizatora.

To innowacyjne podejście wydłuża zatem żywotność samych katalizatorów w dynamicznych warunkach reakcji zoptymalizowanych pod kątem wytwarzania produktów alkoholowych. Szczegółowe informacje na temat struktury i składu materiału katalitycznego wymagane do jego optymalizacji uzyskano za pomocą spektroskopii Ramana operandowego, metody charakteryzującej się doskonałą czułością do wykrywania zaadsorbowanych półproduktów reakcji.

Odkrycie to nie tylko potwierdza hipotezę, że stopień utlenienia metalu odgrywa kluczową rolę w reakcji i że jest to reakcja aktywna gatunek powstają podczas procesu katalitycznego, ale pokazuje także potencjalny sposób na zwiększenie selektywności i wydajności CO₂ redukcja do etanolu. Stanowi znaczący krok naprzód w zrozumieniu poszukiwań zrównoważonych rozwiązań energetycznych, oferując obiecującą drogę do ekologicznej i opłacalnej produkcji etanolu i innych paliw z CO₂.

Odniesienie: „Wgląd operandowy w czasie w przestrajalną selektywność nanorurek Cu–Zn podczas elektroredukcji pulsacyjnej CO2” autorstwa: Antonia Herzog, Martina Rüscher, Hyo Sang Jeon, Janis Timoshenko, Clara Rettenmaier, Uta Hejral, Earl M. Davis, FT Haase, David Kordus, Stefanie Kühl, Wiebke Frandsen, Arno Bergmann i Beatriz Roldan Cuenya, 26 sierpnia 2024 r., Nauka o energii i środowisku.
DOI: 10.1039/D4EE02308K