Ny tilgang til katalyse reducerer kuldioxid til metan

Et stigende antal forskere leder hurtigt efter, omkostningseffektive måder at omdanne kuldioxidgas til værdifulde kemikalier og brændstoffer.

Nu, et internationalt forskerteam har afsløret en ny tilgang, der anvender en række katalytiske reaktioner til elektrokemisk at reducere kuldioxid til metan, hovedingrediensen i naturgas, eliminering af et mellemliggende trin, der normalt er nødvendigt i reduktionsprocessen.

"Vi vil levere vedvarende elektricitet og tage kuldioxid fra atmosfæren og omdanne det til noget andet på et trin, "sagde Bingjun Xu, en adjunkt i University of Delaware i kemisk og biomolekylær teknik. "Dette er et vigtigt bidrag til denne vision."

Holdets resultater blev offentliggjort i tidsskriftet Naturkommunikation den 26. juli, 2019. To af undersøgelsesforfatterne er baseret på UD:Xu og postdoktorassocieret Xiaoxia Chang. En anden undersøgelsesforfatter, Qi Lu fra Tsinghua University i Kina, var tidligere postdoktor i Institut for Kemisk og Biomolekylær Teknik på UD.

Papirets forfattere inkluderer også Haochen Zhang fra Tsinghua University, Jingguang Chen fra Columbia University, William Goddard III fra California Institute of Technology og Mu-Jeng Cheng fra National Cheng Kung University i Taiwan.

Et one-pot system

For at omdanne kuldioxid til værdifulde brændstoffer, du skal starte med en overflade lavet af kobber, metallet berømt for dets anvendelse i øre og elektriske ledninger. Kobber kan bruges til at reducere kuldioxid til kulilte, som derefter kan omdannes yderligere til stoffer som metan. Denne proces er relativt enkel, men det kræver to reaktorer og dyre adskillelses- og rensningstrin.

Forskergruppen brugte beregninger og eksperimenter til at designe et en-grydes katalysesystem. Tilsæt kuldioxid, og en række kemiske reaktioner vil ske uden behov for at stoppe og tilføje flere kemikalier.

At gøre dette, holdet tilføjede særlige nanostrukturerede sølvoverflader, som blev udviklet af Lu, da han var postdoktor ved UD fra 2012 til 2015, til kobberoverfladerne. Sølvdelen tiltrækker kulilte -molekyler, som derefter vandrer til kobberdelen og reducerer til metan. Systemet giver en højere koncentration af metan end systemer kun med kobber.

"I dette arbejde er den primære nyhed at kombinere disse to i en konfiguration, så flere reaktionstrin kan forekomme i et system, "sagde Xu." Vi modificerede systematisk sammensætningen, sølv-til-kobber-forholdet i strukturen. Det er nøglen til selektiviteten og evnen til at kombinere reaktionerne. "

Tidligere forsøg på at kombinere kobber med ædle metaller på denne måde har mislykkedes, men gruppen udviklede en særlig type elektrodestruktur, der muliggjorde systemet. Forskningen var resultatet af et samarbejde med forskningsgrupper, der bidrog med spektroskopi, beregning, og undersøgelser af materialers reaktivitet.