Większość globalnego zapotrzebowania na energię jest nadal zaspokajana przez spalanie paliw kopalnych, co przyczynia się do powstawania efektu cieplarnianego poprzez uwalnianie ogromnych ilości CO2. Aby ograniczyć postępowanie tego procesu, trzeba szukać możliwości wykorzystania tego gazu cieplarnianego jako surowca do produkcji podstawowych substancji chemicznych.

Nowy elektrokatalizator a-CuTi@Cu przekształca dwutlenek węgla do postaci paliw płynnych. Jak donosi zespół chińskich naukowców w czasopiśmie Angewandte Chemie, aktywna miedź skupiona na stopie miedzi i tytanu wytwarza etanol, aceton i n-butanol z wysoką wydajnością.

Dzięki elektrokatalitycznej konwersji CO2 z wykorzystaniem energii odnawialnej można stworzyć neutralny dla klimatu, sztuczny obieg węgla. Nadmiar energii produkowanej przez fotowoltaikę i energię wiatrową można magazynować poprzez elektrokatalityczną produkcję paliw z CO2. Można je następnie spalać w razie gdy zajdzie taka potrzeba. Przekształcenie CO2 w paliwa ciekłe byłoby korzystne, ponieważ mają one wysoką gęstość energetyczną i są bezpieczne w przechowywaniu i transporcie. Jednak elektrokatalityczne tworzenie produktów z dwoma lub więcej atomami węgla jest nie lada wyzwaniem.

Zespół badawczy z trzech wiodących jednostek opracował nowy elektrokatalizator, który wydajnie przekształca CO2 w paliwa ciekłe z wieloma atomami węgla (C2-4). Głównymi produktami są etanol, aceton i n-butanol.

Aby wytworzyć elektrokatalizator, cienkie wstążki stopu miedzi i tytanu wytrawia się kwasem fluorowodorowym w celu usunięcia tytanu z powierzchni. W ten sposób powstaje materiał o nazwie a-CuTi@Cu, z porowatą powierzchnią miedzi na amorficznym stopie CuTi. Posiada on aktywne katalitycznie centra miedziowe o wyjątkowo wysokiej aktywności, selektywności i stabilności w redukcji CO2 do produktów C2+ (całkowita wydajność faradyczna wynosi około 49 proc. przy napięciu 0,8 V w stosunku do odwracalnej elektrody wodorowej dla C2-4, a stabilność materiału wynosi co najmniej trzy miesiące).

W przeciwieństwie do tego czysta folia miedziana wytwarza produkty C1, ale prawie nie wytwarza produktów C2+.

Reakcja przebiega w wieloetapowym procesie przeniesienia elektronu przez różne produkty pośrednie. W nowym elektrokatalizatorze ważną rolę odgrywają nieaktywne atomy tytanu znajdujące się pod powierzchnią, które zwiększają gęstość elektronową atomów Cu na powierzchni. Stabilizuje to adsorpcję *CO, kluczowego półproduktu w tworzeniu produktów wielowęglowych, pozwala na duże pokrycie powierzchni *CO i obniża barierę energetyczną dla di- i trimeryzacji *CO w miarę tworzenia nowych wiązań węgiel-węgiel.

Czy to rozwiązanie stanie się kluczem do ograniczenia wpływu dwutlenku węgla na zmiany klimatyczne?

Więcej >> onlinelibrary.wiley.com

Źródło: reddit.com; eurekalert.org; Angewandte Chemie