Os pesquisadores desenvolveram um catalisador sustentável que aumenta sua atividade durante o uso durante a conversão de dióxido de carbono (CO2) em produtos valiosos. Esta descoberta oferece um plano para projetar eletrocatalisadores de próxima geração.
Uma equipe colaborativa da Escola de Química da Universidade de Nottingham e da Universidade de Birmingham desenvolveu um catalisador feito de micropartículas de estanho apoiadas por uma estrutura de carbono nanotexturizada. As interações entre as partículas de estanho e as nanofibras de carbono grafitadas desempenham um papel crítico na transferência de elétrons do eletrodo de carbono para o CO2 Moléculas – uma etapa essencial na conversão de CO2 em formato sob um potencial elétrico aplicado.
Os resultados desta pesquisa são publicados em Materiais de energia aplicados da ACSUm Jornal da American Chemical Society Publishing Interdisciplinary Analysis on Supplies for Power Purposes.
Co2 é o principal contribuinte para o aquecimento world. Enquanto co2 Pode ser convertido em produtos úteis, os métodos térmicos tradicionais normalmente dependem do hidrogênio proveniente de combustíveis fósseis. Portanto, é essencial desenvolver métodos alternativos como a eletrocatálise, que utilizam fontes de energia sustentáveis, como fotovoltaicas e energia eólica, bem como a abundante disponibilidade de água como fonte de hidrogênio.
Na eletrocatálise, a aplicação de um potencial elétrico ao catalisador aciona elétrons através do materials para reagir com CO2e água, produzindo compostos valiosos. Um desses produtos, formato, é amplamente utilizado na síntese química de polímeros, produtos farmacêuticos, adesivos e muito mais. Para uma eficiência supreme, esse processo deve operar com baixo potencial, mantendo alta densidade de corrente e seletividade, garantindo o uso eficaz de elétrons para converter Co2 para produtos desejados.
Dr. Madasamy Thangamuthu, pesquisador da Universidade de Nottingham co-liderou a equipe de pesquisa, ele disse: “Um eletrocatalisador de sucesso deve se unir fortemente ao CO2 Molécula e injetar com eficiência elétrons para quebrar suas ligações químicas. Desenvolvemos um novo tipo de eletrodo de carbono que incorpora nanofibras grafitizadas com uma textura em nanoescala, com superfícies curvas e bordas de etapas, para melhorar a interação com partículas de estanho “.
Tom Burwell, assistente de pesquisa da Universidade de Nottingham, realizou o trabalho enquanto estudava no Heart for Doctorial Coaching em química sustentável. Ele desenvolveu a abordagem e realizou o trabalho experimental, ele disse: “Podemos avaliar o desempenho do catalisador medindo a corrente elétrica consumida pelo Co de Reação2 moléculas. Normalmente, os catalisadores se degradam durante o uso, resultando em diminuição da atividade. Surpreendentemente, observamos que a corrente que flui através da lata no carbono nanotexturizada aumentou continuamente ao longo de 48 horas. A análise dos produtos de reação confirmou que quase todos os elétrons foram utilizados para reduzir o CO2 Para se formar, aumentando a produtividade em um fator de 3,6, mantendo quase 100% de seletividade “.
Os pesquisadores vincularam essa auto-otimização às micropartículas de estanho que se decompõem em nanopartículas, tão pequenas quanto 3 nm, durante o CO2 reação de redução. Tom Burwell elaborou: “Usando microscopia eletrônica, descobrimos que partículas de estanho menores alcançaram melhor contato com o carbono nanotexturizado do eletrodo, melhorando o transporte de elétrons e aumentando o número de centros de lata ativos quase dez vezes”.
Esse comportamento transformador difere significativamente dos estudos anteriores, onde as alterações estruturais nos catalisadores são frequentemente vistas como prejudiciais. Em vez disso, o suporte cuidadosamente projetado no catalisador desenvolvido pela equipe de Nottingham permite adaptação dinâmica de estanho e desempenho aprimorado.
O professor Andrei Khlobystov, Escola de Química, Universidade de Nottingham, disse: “Co2 não é apenas um gás de efeito estufa bem conhecido, mas também uma matéria-prima valiosa para a produção de produtos químicos. Consequentemente, projetar novos catalisadores de materiais abundantes da Terra, como carbono e estanho2 conversão e atingindo a meta de emissões líquidas do Reino Unido. Nossos catalisadores também devem permanecer ativos sobre o uso prolongado para garantir o melhor valor “.
Essa descoberta marca uma mudança de etapa no entendimento do design de suportes para a eletrocatálise. Ao controlar com precisão a interação entre os catalisadores e seus apoios na nanoescala, a equipe lançou as bases para catalisadores altamente seletivos e estáveis para converter coes2 em produtos valiosos.
Este trabalho é financiado pelo programa EPSRC Grant ‘Atomos de steel em superfícies e interfaces (MASI) para futuro sustentável’, que deve desenvolver materiais catalisadores para a conversão de três moléculas -chave – dióxido de carbono, hidrogênio e amônia – crucialmente importante para economia e meio ambiente. Os catalisadores de masi são feitos de maneira eficiente em termos de átomo para garantir o uso sustentável de elementos químicos sem esgotar suprimentos de elementos raros e criar a maioria dos elementos abundantes da Terra, como carbono e metais básicos.
