Kuldioxid omdannet til ethylen - industriens ris

I den seneste tid, elektrokemisk konvertering (e-chemical) teknologi - som omdanner kuldioxid til højværditilvækst forbindelser ved hjælp af vedvarende elektricitet - har vundet forskningsopmærksomhed som en carbon capture utilization (CCU) teknologi. Denne grønne kulstofressourceteknologi anvender elektrokemiske reaktioner ved hjælp af kuldioxid og vand som det eneste råstofkemikalie til at syntetisere forskellige forbindelser, i stedet for konventionelle fossile brændstoffer. Elektrokemisk CO ₂ omdannelse kan producere værdiskabende og vigtige molekyler i den petrokemiske industri såsom kulilte og ethylen. Ethylen, omtalt som 'industriens ris, ' bruges i vid udstrækning til at fremstille forskellige kemiske produkter og polymerer, men det er mere udfordrende at producere fra elektrokemisk CO ₂ reduktion. Manglen på forståelse af reaktionsvejen, hvorved kuldioxid omdannes til ethylen, har begrænset udviklingen af ​​højtydende katalysatorsystemer og i at fremme dens anvendelse til at producere mere værdifulde kemikalier.

For at overvinde denne begrænsning, et indenlandsk forskerhold i Sydkorea har gjort et gennembrud med at afsløre et nøglesti-udløsende mellemprodukt i ethylenproduktionsreaktionen. Dr. Yun-Jeong Hwang og hendes team ved Clean Energy Research Center i Korea Institute of Science and Technology (KIST) har meddelt, at de med succes har observeret nøglemellemprodukterne adsorberet på overfladen af ​​en kobberbaseret katalysator under elektrokemisk CO2 ₂ reduktion til ethylenproduktion og analyseret dens adfærd i realtid. Denne forskning blev udført i samarbejde med professor Woo-Yul Kim og hans team ved Institut for Kemi- og Biologisk Teknik, Sookmyung Women's University, med støtte fra klimaændringsreaktionsteknologiudviklingsprojektet (Next Generation Carbon Upcycling Project Group, ledet af Ki-Won Jun).

Det er blevet rapporteret, at kobberbaserede katalysatorer kan fremme carbondioxidomdannelse til at syntetisere ikke kun relativt simpel carbonmonoxid eller myresyre, men også multi-carbon-forbindelser såsom ethylen og ethanol. Alligevel, udviklingen af ​​kontrolteknologi til selektiv syntetisering af forbindelser med høj værditilvækst har været begrænset på grund af fraværet af information om vigtige mellemprodukter og veje for den kulstof-kulstofbindingsdannende reaktion.

Gennem infrarød spektroskopi, forskerholdet observerede det mellemprodukt, der var ansvarligt for dannelsen af ​​ethylen-mellemproduktet (OCCO) såvel som det, der var ansvarligt for produktionen af ​​metan (CHO). Mellemproduktet er en dimer af carbonmonoxid dannet under carbondioxidomdannelsesreaktionen på overfladen af ​​kobbernanopartikelkatalysatoren. Som resultat, carbonmonoxid og ethylenmellemproduktet (OCCO) blev produceret på samme tid, hvorimod methanol-mellemproduktet (CHO) blev produceret relativt langsommere end de to andre mellemprodukter, foreslår muligheden for yderligere at forbedre selektiviteten af ​​forbindelsesdannelse på katalysatoroverfladen ved at kontrollere reaktionsvejen.

Ud over, kobberhydroxid (Cu(OH) ₂ ) nanotråd blev foreslået som en lovende katalysator, der udviser fremragende ydeevne mod ethylenproduktion ved at accelerere dannelsen af ​​kulstof-kulstofbindinger. Forskerholdet fandt, at der var flere katalytiske steder, hvor kulilte kan adsorberes på overfladen af ​​katalysatoren afledt af kobberhydroxid, og at kulilte adsorberet på et specifikt sted hurtigt danner et mellemprodukt gennem dannelse af kulstof-kulstofbindinger. Yderligere forskning i dette mellemprodukt forventes at bidrage væsentligt til identifikation af de aktive steder for carbon-carbon-bindingsdannende reaktion, som har været genstand for debat.

"Succesen med denne undersøgelse er væsentlig, fordi den har præsenteret en nøgleretning for grundforskning relateret til kunstig fotosyntese, som har været uudforsket i Korea, gennem en fælles undersøgelse af såvel forskningsinstituttet som universitetet, " sagde Dr. Yun-Jeong Hwang fra KIST. "Baseret på dette, vi vil være i stand til at bidrage væsentligt til væksten af ​​næste generations kulstofressourcekonverteringsteknologi baseret på bæredygtig energi som reaktion på klimaændringer."