Conversão de dióxido de carbono (CO₂ ), desde fontes industriais pontuais até produtos químicos e combustíveis que utilizam energias renováveis, podem ajudar a enfrentar a crise climática. CO₂ a eletrólise é uma rota promissora.



Estudos anteriores foram geralmente realizados com CO₂ puro ou altamente concentrado feeds, enquanto o CO₂ a concentração nos gases de combustão provenientes da combustão de combustíveis fósseis era muito baixa, normalmente entre 5% e 15%. Os custos de energia e capital associados à captura e purificação de CO₂ provenientes de fontes pontuais de gases de combustão são muito elevados. A utilização direta de gás de combustão industrial, ignorando as etapas de captura e purificação para a produção de CO₂ puro feeds ainda é um desafio.

Recentemente, uma equipe de pesquisa liderada pelos Profs. Wang Guoxiong e Gao Dunfeng do Instituto de Física Química de Dalian (DICP) da Academia Chinesa de Ciências (CAS), em colaboração com o Prof. An Qingda da Universidade Politécnica de Dalian, propuseram uma estratégia de aprimoramento molecular para eletrólise direta de CO diluído ₂ para CO. Este estudo foi publicado em ACS Energy Letters .

Para lidar com o transporte de massa desfavorável, a termodinâmica da reação e a cinética da eletrólise direta do CO diluído₂ , os pesquisadores construíram um microambiente de reação em torno dos locais cataliticamente ativos, modificando molecularmente os eletrodos CoPc com uma molécula de poli (4-vinilpiridina) (P4VP). O microambiente de reação formado integrou efetivamente a captura e conversão de CO₂ provenientes de fluxos de alimentação diluídos.

Com um eletrolisador caseiro de eletrodo de membrana alcalina (MEA), os pesquisadores obtiveram uma notável densidade de corrente parcial de CO de 252 mA cm ^-2 com uma eficiência Faradaica de CO de 90% sob a alimentação diluída com um CO₂ típico concentração (10%) no gás de combustão, que foi 2,24 vezes maior que a do eletrodo CoPc nu.

Os resultados da caracterização estrutural físico-química e eletroquímica indicaram que os abundantes grupos piridina do modificador P4VP melhoraram sequencialmente a adsorção física e a ativação química do CO₂ sobre locais Co de catalisadores CoPc, resultando em um desempenho impressionante para eletrólise direta de CO diluído₂ para CO.

Esta estratégia de aprimoramento molecular, com controle mais preciso nas estruturas do catalisador e nos microambientes de reação, será uma grande promessa para a eletrólise direta de gases de combustão industriais e a produção seletiva de produtos químicos multicarbonados, como o etileno.

Mais informações: Bingyu Chen et al, Aprimoramento Molecular da Eletrólise Direta de CO Diluído₂ , Cartas de Energia ACS (2024). DOI:10.1021/acsenergylet.3c02812
Informações do diário: Cartas de Energia ACS

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