Een nieuwe methode om koolstofdioxide te verminderen zou een gouden oplossing kunnen zijn voor vervuiling

Een op goud gebaseerd hybride materiaal (Au@CB[6]) is aangepast door CB[6] om CO efficiënt om te zetten₂ aan CO. Krediet: Nano-onderzoekTsinghua Universitaire Pers

Vermindering van koolstofdioxide (CO₂) tot koolmonoxide (CO) via een elektrochemische reactie heeft een sterk potentieel voor het verwijderen van CO₂ uit de atmosfeer om vervuiling te verminderen en voor het produceren van alternatieve energie met koolmonoxide als ingrediënt.

De huidige katalysatoren die worden gebruikt in de elektrochemische kooldioxide-reductiereactie (CO₂RR) zijn niet efficiënt of selectief genoeg om CO te maken₂RR een praktische oplossing. Nu heeft een team van onderzoekers van het Fujian Institute of Research on the Structure of Matter van de Chinese Academie van Wetenschappen een op goud gebaseerd hybride materiaal ontwikkeld door gouden nanodeeltjes te modificeren met een macrocyclische verbinding genaamd cucurbit[6]uril (CB[6]) die zorgt voor een efficiëntere CO₂RR dan voorheen mogelijk was.

De resultaten zijn gepubliceerd in Nano-onderzoek.

“Met dit werk hoopten we het probleem van milieuvervuiling en energietekort op te lossen door elektrochemische omzetting van kooldioxide in producten met toegevoegde waarde”, zei corresponderende auteur Minna Cao van het State Key Laboratory of Structural Chemistry, Fujian Institute of Research op de Structuur van de materie, Chinese Academie van Wetenschappen en van de Universiteit van Chinese Academie van Wetenschappen.

“Om de lokale CO₂ concentratie op het oppervlak van de katalysator, gebruiken we macromolecuul cucurbit[n]uril om het gouden oppervlak te functionaliseren, wat het onderscheidende kenmerk is van ons werk ten opzichte van eerder gedaan.”

Goud staat er volgens de onderzoekers om bekend zeer actief te zijn in het omzetten van CO₂ ten opzichte van CO ten opzichte van andere katalysatoren. De bindingsenergie van zowel CO₂ en CO aan het oppervlak van de goudkatalysator is positief gecorreleerd, wat botst met de behoefte aan CO₂RR voor CO₂ adsorptie en CO-desorptie, aangezien de CO-desorptie niet optreedt vanwege de positieve correlatie van zijn bindingsenergie met de katalysator.

De onderzoekers creëerden een gecontroleerde synthese van nanodeeltjes door CB te modificeren[6]. CB[6] heeft negatief geladen portalen en een positief geladen oppervlak, wat bijdraagt ​​aan het resultaat van de elektronische interactie tussen CB[6] en metaal regelen de katalytische prestaties.

De onderzoekers verifieerden zowel de morfologie als de oppervlaktestructuur van de nanodeeltjes door middel van transmissie-elektronenmicroscopie. Het op goud gebaseerde hybride materiaal (Au@CB[6]) bleek CO te verhogen₂RR katalytische activiteit.

“We hebben de interactie tussen komkommer bewezen[6]Uril en CO₂ door middel van operando-elektrochemische metingen en berekeningen van de dichtheidsfunctionaaltheorie, “zei Cao.

Volgens de onderzoekers dragen meerdere factoren bij aan de verbeterde katalytische prestaties. Eerst de CB[6] kan de lokale CO verhogen₂ concentratie dichtbij het metaaloppervlak door CO te verzamelen₂wat betekent dat de Au@CB[6] heeft afstembare of instelbare CO₂ verrijking. Bovendien is de wijziging van CB[6] zorgen voor verbeterde CO₂RR door de eerder genoemde schaalrelaties van de bindingsaffiniteit tussen katalysatoroppervlak en CO te verbreken₂/CO.

Ook een reden dat CO₂RR was beperkt in efficiëntie met goudoppervlaktekatalysatoren, eerder is dat CO₂ heeft een lage oplosbaarheid in waterige elektrolyten, een probleem dat de onderzoekers hebben opgelost door de zeer specifieke bindingskracht van de macrocyclus te gebruiken om selectief bepaalde soorten te adsorberen om de elektrokatalytische reactie te reguleren.

“Uit de resultaten bleek dat CB[6] kan CO verzamelen₂ en leiden de verhoogde lokale CO₂ concentratie in de buurt van het metaalgrensvlak, evenals het bevorderen van CO2-desorptie, wat de belangrijkste redenen zijn voor verbeterde CO2₂RR-prestaties, ‘zei Cao.’ Met behulp van de stijve macrocyclische cucurbit[n]Uril om het oppervlak van de katalysator te wijzigen, is een veelbelovende manier om de elektrokatalytische prestaties te verbeteren.”

De onderzoekers zijn van plan de katalysator verder te modificeren om de efficiëntie van de CO verder te verbeteren₂RR.

“In de volgende stap hopen we de vorm en grootte van de goudkatalysator aan te passen in aanwezigheid van cucurbit[n]uril om de katalytische prestaties in de richting van elektrochemische reductie van koolstofdioxide tot producten met toegevoegde waarde verder te bevorderen, “zei Cao.