En økonomisk legeringsbaseret aerogel som elektrokatalysator til carbonfiksering

Mange industrielle processer udsender kuldioxid til atmosfæren. Desværre, imidlertid, nuværende elektrokemiske adskillelsesmetoder er dyre og forbruger store mængder strøm. De kræver også dyre og sjældne metaller som katalysatorer. En undersøgelse i tidsskriftet Angewandte Chemie beskriver en ny aerogel-elektrokatalysator dannet af en billig metallegering, som muliggør højeffektiv elektrokemisk omdannelse af kuldioxid. Hovedproduktet er myresyre, som er et ugiftigt grundkemikalie.

Opsamling og kemisk fiksering af kuldioxid fra industrielle processer ville være et stort skridt hen imod kulstofneutralitet. For at forhindre den berygtede drivhusgas i at slippe ud i luften, det kan komprimeres og opbevares. En anden mulighed er elektrokemisk omdannelse til at give andre kulstofforbindelser.

Imidlertid, på grund af højt strømforbrug og omkostningerne til katalysatorer, elektrokemiske separationsmetoder kan ikke anvendes i industriel skala. Dette fik Tianyi Ma fra Swinburne University of Technology i Hawthorn, Australien, og kolleger til at undersøge erstatningsmaterialer. De elektrokatalysatorer, der i øjeblikket anvendes, er fremstillet af ædle metaller som platin og rhenium. De katalyserer elektrokemiske kulstoffikseringsprocesser meget effektivt, men de er også meget dyre.

Forfatterne opdagede, at de uædle metaller tin og vismut kan danne aerogeler, som er utroligt lette materialer med særligt lovende katalysatoregenskaber. Aerogeler indeholder et ultraporøst netværk, der fremmer elektrolyttransport. De tilbyder også rigelige steder, hvor de elektrokemiske processer kan finde sted.

For at producere aerogelerne, holdet blandede en opløsning af bismuth og tinsalte med et reduktionsmiddel og en stabilisator. Blot at omrøre denne blanding førte til en stabil hydrogel af en bismuth-tin-legering efter seks timer ved stuetemperatur. En ligetil frysetørringsproces producerede aerogelen, dannet af løst sammenvævede og forgrenede nanotråde.

Forfatterne fandt, at den bimetalliske aerogel fungerede fremragende til kuldioxidomdannelse. Sammenlignet med ren vismut, ren tin, eller den ikke-frysetørrede legering, en signifikant højere strømtæthed blev observeret. Konverteringen fandt sted med en effektivitet på 93 %, hvilket var mindst lige så effektivt, hvis ikke mere, end de standardmaterialer, der i øjeblikket anvendes, indikerer en proces med lavt spild.

Processen viste "fremragende selektivitet og stabilitet til fremstilling af myresyre under normalt tryk ved stuetemperatur." De eneste biprodukter var kulilte og brint dannet i minimale mængder. Forfatterne forklarer, at denne selektivitet og stabilitet var et resultat af energiforholdene på overfladen af ​​legeringen. Her, kuldioxidmolekylerne ophobes på en sådan måde, at kulstofatomet er frit til at binde brintatomer fra vandmolekyler. Dette giver myresyre som det foretrukne produkt.

Denne forskning antyder positive fremtidsudsigter for andre kombinationer af metaller. Det er sandsynligt, at andre uædle metaller vil omdannes til aerogeler, danner billig, ikke-giftige, og højeffektive katalysatorer til elektrokemisk reduktion af kuldioxid.