Forskere fremstiller kobolt-kobberkatalysatorer til metan på metal-organiske strukturer

Verden er meget afhængig af fossile brændstoffer til at drive sin industri og transport. Disse fossile brændstoffer fører til overdreven kuldioxidemission, som bidrager til global opvarmning og havforsuring. En måde at reducere denne overdrevne kuldioxidemission, der er skadelig for miljøet, er gennem elektroreduktion af kuldioxid til værditilvækst brændstof eller kemikalier ved hjælp af vedvarende energi. Ideen om at bruge denne teknologi til at producere metan har tiltrukket bred interesse. Forskere har dog haft begrænset succes med at udvikle effektive katalysatorer til metan.

Et forskningshold fra Soochow University har nu udviklet en simpel strategi til at skabe kobolt-kobberlegeringskatalysatorer, der leverer enestående metanaktivitet og selektivitet i elektrokatalytisk reduktion af kuldioxid. Deres forskning er offentliggjort i Nano Research .

I løbet af de sidste 10 år har forskere gjort bemærkelsesværdige fremskridt med at fremme deres forståelse af katalysatorer og anvende viden til deres fremstilling. Men de katalysatorer, der er blevet udviklet, har ikke været tilfredsstillende til brug med metan, hvad angår selektivitet eller strømtæthed. På trods af den store indsigt, videnskabsmænd har opnået, er de strategier, de har forsøgt med at skabe katalysatorer for metan, bare for dyre til at være nyttige i praktiske anvendelser.

Soochow University-teamet så på metalorganiske rammer som en måde at overvinde de tidligere udfordringer med at konstruere katalysatorer for metan. "De organiske metalstrukturer er blevet opfattet som en unik kategori af elektrokemiske kuldioxidreduktionsreaktionskatalysatorer, da de tilbyder en afstembar platform til systematisk at ændre metalstedets koordination, regulere Helmholtz-laget og kontrol over mellemprodukternes binding," sagde professor Yang Peng. , Soochow Institute of Energy and Materials Innovations, College of Energy, Soochow University. Helmholtz-laget refererer til den grænse eller grænseflade, der vises, hvor en elektronisk leder kommer i kontakt med en ionisk leder.

Alligevel forbliver stabiliteten af ​​metalorganiske rammer under den elektrolytiske proces et begrænsende problem. Så organiske metalstrukturer bruges ofte som den strukturelle forløber for at udlede mere robuste katalysatorensembler efter rekonstruktion. I deres forskning udnyttede holdet den organiske metalrammes homogent spredte metalcentre. De opnåede elektrokemisk reducerede kobolt-kobberlegeringer, der leverer enestående metanaktivitet og selektivitet i elektrokatalytisk reduktion af kuldioxid. Holdet brugte in-situ røntgenadsorptionsspektroskopi og svækket totalreflektion overfladeforstærket infrarød spektroskopi i udviklingen af ​​deres strategi.

Holdets undersøgelse tilbyder ikke kun en nyttig strategi til at konstruere elektrokatalytiske kuldioxidreduktionskatalysatorer gennem elektrokemisk rekonstruktion af bimetalliske metalstrukturer, men giver også vigtig indsigt i styringen af ​​elektrokatalytiske kuldioxidreduktionsveje på kobber via atomdoping af 3d-overgangsmetaller. Disse 3d-overgangsmetaller er grundstofferne i det periodiske system, der løber fra ₂₂ Ti til ₂₉ Cu (titanium til kobber).

Ved at modulere kobolt-dopingkoncentrationen opnåede holdet en bemærkelsesværdig Faradaic effektivitet på 60 % til metan ved en høj driftsstrømtæthed.

"Det vigtigste budskab, vi gerne vil levere i dette arbejde, er, at ved atomisk doping af andre 3d-overgangsmetaller til kobber, selv i en lille mængde, kan den elektrokatalytiske kuldioxidreduktionsenergi og -vej reguleres," sagde Peng.

Som et næste skridt ønsker teamet at opnå bedre stabilitet. De vil gøre dette ved at teste det katalytiske system i en membranelektrodesamling. "Vores ultimative mål er at opnå produktivitet i industriel skala og stabilitet af metanproduktion og realisere ressourcestærk udnyttelse af kuldioxid på en grøn måde," sagde Peng. + Udforsk yderligere

Gennemgang af teknologier, der øger potentialet for omdannelse af kuldioxid til nyttige produkter