Dechifrering af katalysatorer:Afsløring af struktur-aktivitet korrelationer

I et nyt skridt mod at bekæmpe klimaændringer og overgangen til bæredygtige løsninger har en gruppe forskere udviklet et forskningsparadigme, der gør det lettere at tyde forholdet mellem katalysatorstrukturer og deres reaktioner.

Detaljer om forskernes gennembrud blev offentliggjort i tidsskriftet Angewandte Chemie International Edition den 29. januar 2024.

At forstå, hvordan en katalysators overflade påvirker dens aktivitet, kan hjælpe med at designe effektive katalysatorstrukturer til specifikke reaktivitetskrav. Men at forstå mekanismerne bag dette forhold er ikke nogen ligetil opgave i betragtning af elektrokatalysatorernes komplicerede grænseflademikromiljø.

"For at tyde dette, har vi finpudset det elektrokemiske CO₂ reduktionsreaktion (CO₂ RR) i tin-oxid-baserede (Sn-O) katalysatorer," påpeger Hao Li, lektor ved Tohoku University's Advanced Institute for Materials Research (WPI-AIMR) og tilsvarende forfatter til papiret. "Hvis vi gør det, vil vi ikke kun afdækkede den aktive overfladeart af SnO₂ -baserede katalysatorer under CO₂ RR men etablerede også en klar sammenhæng mellem overfladespeciering og CO₂ RR ydeevne."

CO₂ RR er anerkendt som en lovende metode til at reducere CO₂ emissioner og produktion af højværdibrændstoffer, hvor myresyre (HCOOH) er et bemærkelsesværdigt produkt på grund af dets forskellige anvendelser i industrier såsom medicinalindustrien, metallurgi og miljøsanering.

Den foreslåede metode hjalp med at identificere de ægte overfladetilstande af SnO₂ ansvarlig for sin præstation i CO₂ reduktionsreaktioner under specifikke elektrokatalytiske betingelser. Desuden bekræftede holdet deres resultater gennem eksperimenter med forskellige SnO₂ former og avancerede karakteriseringsteknikker.

Li og hans kolleger udviklede deres metodologi ved at kombinere teoretiske studier med eksperimentelle elektrokemiske teknikker.

"Vi byggede bro mellem det teoretiske og eksperimentelle og tilbyder en omfattende forståelse af katalysatoradfærd under virkelige forhold i processen," tilføjer Li.

Forskerholdet er nu fokuseret på at anvende denne metode til en række forskellige elektrokemiske reaktioner. Ved at gøre disse håber de at afdække mere om unikke struktur-aktivitet-korrelationer, hvilket accelererer designet af højtydende og skalerbare elektrokatalysatorer.

Flere oplysninger: Zhongyuan Guo et al., Deciphering Structure-Activity Relationship Towards CO₂ Elektroreduktion over SnO₂ af A Standard Research Paradigm, Angewandte Chemie International Edition (2024). DOI:10.1002/anie.202319913

Leveret af Tohoku University