Laserteknik kan åbne døren til mere effektive rene brændstoffer

Forskning fra University of Liverpool kan hjælpe videnskabsmænd med at frigøre det fulde potentiale af nye rene energiteknologier.

At finde bæredygtige måder at erstatte fossile brændstoffer på er en nøgleprioritet for forskere over hele kloden. Kuldioxid (CO2) er et enormt rigeligt affaldsprodukt, der kan omdannes til energirige biprodukter, såsom kulilte. Imidlertid, denne proces skal gøres langt mere effektiv, for at den kan fungere på en global, industriel skala.

Elektrokatalysatorer har vist sig lovende som en potentiel måde at opnå denne påkrævede effektivitet "trinvis ændring" i CO2-reduktion, men de mekanismer, som de fungerer efter, er ofte ukendte, hvilket gør det svært for forskere at designe nye på en rationel måde.

Ny forskning offentliggjort i Naturkatalyse af forskere ved Universitetets Kemiske Institut, i samarbejde med Beijing Computational Science Research Center og STFC Rutherford Appleton Laboratory, demonstrerer en laserbaseret spektroskopiteknik, der kan bruges til at studere den elektrokemiske reduktion af CO2 in-situ og give tiltrængt indsigt i disse komplekse kemiske veje.

Forskerne brugte en teknik kaldet Vibrational Sum-Frequency Generation (VSFG) spektroskopi kombineret med elektrokemiske eksperimenter til at udforske kemien i en bestemt katalysator kaldet Mn(bpy)(CO)3Br, som er en af ​​de mest lovende og intenst undersøgte CO2-reduktionselektrokatalysatorer.

Ved hjælp af VSFG var forskerne i stand til at observere nøglemellemprodukter, der kun er til stede på en elektrodeoverflade i meget kort tid - noget, der ikke er blevet opnået i tidligere eksperimentelle undersøgelser.

I Liverpool, arbejdet blev udført af Cowan Group, et team af forskere, der studerer og udvikler nye katalytiske systemer til bæredygtig produktion af brændstoffer.

Dr. Gaia Neri, som var en del af Liverpool-holdet, sagde:"En stor udfordring ved at studere elektrokatalysatorer in situ er at skulle skelne mellem det enkelte lag af kortlivede mellemmolekyler ved elektrodeoverfladen og den omgivende 'støj' fra inaktive molekyler i opløsningen.

"Vi har vist, at VSFG gør det muligt at følge adfærden hos selv meget kortlivede arter i den katalytiske cyklus. Dette er spændende, da det giver forskere nye muligheder for bedre at forstå, hvordan elektrokatalysatorer fungerer, hvilket er et vigtigt næste skridt mod kommercialisering af processen med elektrokemisk CO2-samtale til rene brændstofteknologier."

I forlængelse af denne undersøgelse, holdet arbejder nu på yderligere at forbedre teknikkens følsomhed og udvikler et nyt detektionssystem, der vil give mulighed for et bedre signal-til-støj-forhold.

Artiklen 'Detektion af katalytiske mellemprodukter ved en elektrodeoverflade under kuldioxidreduktion ved hjælp af en katalysator, der er rigeligt med jord' er udgivet i Naturkatalyse .