Polymerbelægning accelererer brændstofproduktionen

Det er veletableret, at ophobning af drivhusgasser, som kuldioxid (CO ₂ ), i atmosfæren bidrager til klimaændringer. Derfor, CO ₂ indfangning og genanvendelse er afgørende for at afbøde skadelige miljøeffekter og tackle klimakrisen. For nylig, forskere fra Japan designet en polymer-coated metalkatalysator, der accelererer CO ₂ konvertering og tilbyder grøn energiindsigt.

I en undersøgelse offentliggjort i ACS katalyse , forskere fra University of Tsukuba beskriver porøse tin (Sn) katalysatorer belagt med polyethylenglycol (PEG) og viser, hvordan denne polymer letter CO ₂ omdannelse til et nyttigt kulstofbaseret brændstof.

Forskellige polymerer kan fange CO ₂ molekyler, og Sn-katalysatorer er kendt for at reducere CO ₂ til andre molekyler, som formiat (HCOO-), som kan genbruges til at drive brændselsceller.

"Vi var interesserede i at kombinere disse egenskaber i et enkelt katalytisk system, der kunne skrubbe CO ₂ fra omgivelserne og genbrug det til format, siger forskningsgruppeleder, Professor Yoshikazu Ito. "Imidlertid, det er svært kun at få det ønskede produkt, format, med høj produktionshastighed og højt udbytte, så vi var nødt til at finjustere katalysatordesignet." Formiatproduktionshastigheden for PEG-belagt Sn var 24 gange højere end for en konventionel Sn-pladeelektrode, og der blev ikke fundet nogen biprodukter (> 99 % udbytte af formiat). For at forstå denne forbedrede CO ₂ -reduktionsreaktion, forskerne fremstillede en Sn-katalysator belagt med en anden CO ₂ -opfangende polymer (polyethylenimin; PEI), hvis struktur interagerer forskelligt med indkommende CO ₂ . Det PEG-coatede Sn klarede sig stadig bedre end det PEI-coatede Sn, og i betragtning af de kemiske egenskaber af disse polymerer, forfatterne foreslog, at PEI havde CO ₂ molekyler for tæt, der henviser til, at PEG fandt en vigtig balance i at opfange og derefter frigive CO ₂ til den katalytiske Sn-kerne.

"Modellering af denne reaktion ved hjælp af teoretiske beregninger bekræftede gunstigheden af ​​PEG-shuttling CO ₂ til Sn-centret og forklarede den accelererede formatproduktion, " forklarer ph.d.-studerende, Samuel Jeong. "Imidlertid, vi ønskede at præcisere PEG-CO yderligere ₂ interaktioner."

Mere detaljerede beregninger afslørede, at mens fraværet af polymer begrænser Sn-katalysatorens CO ₂ - fangeevne, et for tæt lag af PEG hæmmer CO ₂ overførsel til metaloverfladen, og derved mindske formiatproduktionen. Derfor, et komplet, men relativt sparsomt lag af PEG er optimalt til kanalisering af CO ₂ til Sn, samtidig med at et CO ₂ -rigt miljø og forhindrer frigivelse af biprodukter.

Mantraet "reducer, genbruge, genbrug" refererer ikke længere kun til engangsplastik. Den simple katalysatorbelægningsteknik rapporteret af Ito og kolleger kan bruges til at udvikle systemer, der effektivt genanvender CO ₂ til nyttige forbindelser, som format, som kan drive brændselscelleenheder, der leverer grøn strøm.