Według nowych badań katalizator wykonany ze spienionej formy miedzi ma znacznie inne właściwości elektrochemiczne niż katalizatory wykonane z gładkiej miedzi w reakcjach z udziałem dwutlenku węgla.
W miarę wzrostu poziomu dwutlenku węgla w atmosferze naukowcy szukają sposobów na jego wykorzystanie. Jednym z podejść jest wychwytywanie CO2 emitowanego z elektrowni i innych obiektów i wykorzystywanie go jako źródła węgla do produkcji chemikaliów przemysłowych, z których większość jest obecnie wytwarzana z paliw kopalnych.
Problem polega na tym, że CO2 jest wyjątkowo stabilny, a sprowadzenie go do reaktywnej i użytecznej formy nie jest łatwe.
„Miedź była od dawna badana jako elektrokatalizator do redukcji CO2 i jest to jedyny metal wykazujący zdolność redukcji CO2 do przydatnych węglowodorów”, mówi starszy autor Tayhas Palmore, profesor inżynierii na Brown University.
„Istnieją pewne oznaki, że jeśli zszorstkujesz powierzchnię płaskiej miedzi, stworzy to bardziej aktywne miejsca do reakcji z CO2.”
Pory I Kanały
Piana miedziana, która została opracowana dopiero w ostatnich latach, zapewniła szorstkość powierzchni, której szukali Palmore i jej koledzy.
Pianki wytwarza się przez osadzanie miedzi na powierzchni w obecności wodoru i silnego prądu elektrycznego. Pęcherzyki wodoru powodują osadzanie się miedzi w układzie porów podobnych do gąbek i kanałów o różnych rozmiarach.
Po osadzeniu pianek miedzianych na elektrodzie naukowcy przeprowadzili eksperymenty, aby zobaczyć, jakie rodzaje produktów powstałyby w reakcji elektrochemicznej z CO2 w wodzie.
Eksperymenty wykazały, że piana miedzi przekształciła CO2 w kwas mrówkowy - związek często stosowany jako surowiec dla drobnoustrojów wytwarzających biopaliwa - ze znacznie większą wydajnością niż miedź planarna. W wyniku reakcji powstały również niewielkie ilości propylenu, przydatnego węglowodoru, o którym nigdy wcześniej nie informowano w reakcjach z udziałem miedzi.
„Dystrybucja produktu była wyjątkowa i bardzo różniła się od tej zgłaszanej w przypadku elektrod płaskich, co było zaskoczeniem” - mówi Palmore.
„Zidentyfikowaliśmy inny parametr do rozważenia przy elektroredukcji CO2. Nie tylko metal odpowiada za kierunek, w którym zmierza chemia, ale także architektura katalizatora. ”
Tuning Copper
Teraz, gdy jest jasne, że architektura ma znaczenie, Palmore i jej koledzy pracują, aby zobaczyć, co się stanie, gdy ta architektura zostanie poprawiona. Mówi, że jest prawdopodobne, że pory o różnych głębokościach i średnicach wytwarzają różne związki z surowca CO2. Ostatecznie może być możliwe dostrojenie pianki miedzianej do określonego pożądanego związku.
Palmore mówi, że jest zdumiona faktem, że wciąż można dowiedzieć się więcej o miedzi.
„Ludzie badali elektrokatalizę miedzią już od kilku dziesięcioleci”, mówi. „To niezwykłe, że wciąż możemy wprowadzać w nim zmiany, które wpływają na produkowany produkt”.
„Celem jest znalezienie sposobów na produkcję niektórych z największych na świecie chemikaliów ze zrównoważonego źródła węgla, którego Ziemia nie tylko ma w nadmiarze, ale musi pilnie zredukować” - mówi Palmore, który kieruje Centrum Wychwytywania i Konwersji CO2.
„Jest to dla nas, jako naukowców, sposób myślenia o tym, jak produkujemy chemikalia przemysłowe w bardziej zrównoważony sposób i jednocześnie kontrolujemy koszty. Koszt podstawowych chemikaliów nie wzrośnie nigdzie, dopóki produkcja zależy od paliw kopalnych. ”
Center for Capture and Conversion of CO2 to Centre for Chemical Innovation finansowane przez National Science Foundation. Badanie pojawia się w czasopiśmie Kataliza ACS.
