En stabil kobberkatalysator til omdannelse af kuldioxid

En ny katalysator til omdannelse af kuldioxid (CO ₂ ) til kemikalier eller brændstoffer er blevet udviklet af forskere ved Ruhr-Universität Bochum og University of Duisburg-Essen. De optimerede allerede tilgængelige kobberkatalysatorer for at forbedre deres selektivitet og langsigtede stabilitet. Resultaterne er beskrevet af teamet ledet af Dr. Yanfang Song og professor Wolfgang Schuhmann fra Bochum Center for Elektrokemi med teamet ledet af professor Corina Andronescu fra Duisburg-Essen Technical Chemistry III-gruppen i tidsskriftet Angewandte Chemie , offentliggjort online den 9. februar 2021.

Bor gør kobberkatalysator stabil

Klimagassen CO ₂ kan omdannes til større kulstofforbindelser, der kan bruges som basiskemikalier til industrien eller som brændstof. Forskere forfølger ideen om at konvertere CO ₂ elektrokemisk ved hjælp af vedvarende energier. Dette ville ikke kun skabe nyttige produkter; de ville også tjene som opbevaring af de vedvarende energier. Kobber har allerede vist sig som en lovende katalysator i tidligere undersøgelser, men det skal være i form af en delvist positivt ladet ion - og det er netop problemet.

Under konventionelle reaktionsbetingelser, kobber omdannes hurtigt fra sin positivt ladede form til neutral tilstand, hvilket er ugunstigt for dannelsen af ​​produkter med mere end to carbonatomer og dermed deaktiverer katalysatoren.

Holdet fra Bochum og Duisburg-Essen modificerede derfor en kobberkatalysator med bor. Forskerne testede forskellige kobber-bor-forhold og bestemte den optimale sammensætning til fordel for dannelsen af ​​forbindelser med mere end to carbonatomer. De viste også, at bor-kobber-katalysatoren kan drives ved nuværende tætheder, der ville være nødvendige i industriel skala.

Zink forhindrer korrosionsskader

De implementerede systemet i form af en gasdiffusionselektrode, hvor en fast katalysator katalyserer den elektrokemiske reaktion mellem flydende og gasformige faser. Det er vigtigt, at tilstrækkeligt CO ₂ opløses i grænseområdet mellem gas- og væskefaserne. Det lykkedes forskerne at gøre dette ved at bruge et specielt bindemiddel.

En anden udfordring er at holde systemet stabilt over en lang periode. For eksempel, korrosion af elektroderne skal forhindres. Til denne ende, kemikerne integrerede en såkaldt offeranode lavet af zink i systemet. Da zink er et mindre ædelt metal end kobber, dette tæres først, mens kobberet er skånet.

"Kombinationen af ​​et selektivt og aktivt katalysatormateriale i en gasdiffusionselektrode og tilsætning af det stabiliserende zink er et vigtigt skridt i retning af anvendelse af CO ₂ til syntese af basiskemikalier, "opsummerer Wolfgang Schuhmann.