Samtidig tuning af overfladestruktur og oxidationstilstand af kobberkatalysatorer

Elektrisk energi afledt af vedvarende kilder kunne bruges til at omarrangere bindinger i kuldioxid (CO ₂ ) og vandmolekyler til komplekse kulbrinter, som derefter kan brændes for at producere ny energi og CO ₂ , i sidste ende muliggør et kulstofkredsløb. Kobber er et katalytisk materiale, der har vist sig at være lovende for at muliggøre denne proces og lette CO ₂ elektroreduktionsreaktion (CO ₂ RR).

To nøgleelementer, når man forsøger at forstå de parametre, der styrer CO ₂ RR-reaktioner er en veldefineret overfladestruktur og kendt materialesammensætning. Tidligere teoretiske og eksperimentelle undersøgelser har vist, at C-C-koblingsvejen til dannelse af ethylen foretrækkes på Cu(100)-overfladen.

For nylig, forskere bemærkede den centrale katalytiske rolle, som Cu spillede ^δ+ og ilt under overfladen til fremstilling af C2-C3 carbonhydrider og alkohol. Imidlertid, stabilisering af kobber under de betingelser, der er nødvendige for CO ₂ elektroreduktionsreaktion (CO ₂ RR) at finde sted har indtil videre vist sig at være meget udfordrende.

Forskere ved Fritz-Haber Institute, del af Max-Plank Society i Berlin, har gennemført en undersøgelse med det formål at stabilisere Cu(I), kobber i 1+ oxidationstilstand, for bedre at forstå sin rolle i CO ₂ RR reaktion. I en nylig avis, udgivet i Naturenergi , de rapporterede en forbedret effektivitet i fremstillingen af ​​ethanol ved hjælp af kobber, opnås ved at indstille strukturen og oxidationstilstanden af ​​Cu(I)-katalysatorer.

"Indtil nu, stabiliseringen af ​​Cu(I)-arter under CO ₂ reduktionsbetingelser har vist sig at være meget vanskelige, "Beatriz Roldan Cuenya, en af ​​de forskere, der har udført undersøgelsen, fortalte TechXplore. "Hovedmålet med vores undersøgelse var at være i stand til at generere Cu(I) arter og forbigående stabilisere dem på en veldefineret overflade, for derefter at undersøge deres indvirkning på CO ₂ RR-produktselektivitet."

I deres undersøgelse, Roldan Cuenya og hendes kolleger tunede strukturen og oxidationstilstanden af ​​kobberkatalysatorer ved hjælp af en teknik kendt som pulseret elektrolyse. Denne teknik tillod dem at designe en pulseret potentialsekvens, som muliggjorde samtidig tuning af både overfladestrukturen og sammensætningen af ​​Cu-katalysatorer under CO ₂ RR reaktion.

Forskerne overvågede ændringer i katalysatorens struktur såvel som den kemiske tilstand af dens overflade. Dette førte i sidste ende til interessante nye resultater om de mekanismer, hvorigennem kobberkatalysatorer muliggør generering af kulbrinter via CO ₂ RR reaktion.

"Vores resultater tyder på, at kombinationen af ​​(100) domæner, defekte steder, og overflade Cu ₂ O er den bedste konfiguration til at forbedre CO ₂ RR reaktionsvej, der fører til C ₂₊ Produkter, Roldan Cuenya forklarede. en øget ethanolselektivitet kunne være forbundet med sameksistensen af ​​Cu(I) og Cu ⁰ arter, mens ethylenudbyttet var domineret af længden af ​​Cu(100)-terrasserne."

Den nylige undersøgelse udført af dette hold af forskere indsamlede nye interessante resultater, der kaster lidt lys over kobberkatalysatorers rolle i at lette den elektrokemiske omdannelse af CO ₂ . I fremtiden, teknikken brugt af Roldan Cuenya og hendes kolleger kunne bruges til at tune elektrokemiske grænseflader med begrænsede overfladestrukturer og sammensætninger, så de kan bruges til selektivt at producere C ₂ Produkter.

"I vores næste undersøgelser, vil gerne udforske effekten af ​​den kontinuerlige regenerering af Cu(I)-arter på andre overfladeorienteringer og til sidst anvende denne pulserede protokol på andre nanopartikelsystemer, der sigter mod mere praktiske anvendelser i rigtige elektrolysatorer, " sagde Roldan Cuenya.

© 2020 Science X Network