Pesquisadores fabricam catalisadores de cobre cobalto para metano em estrutura metal-orgânica
A liga de Co-Cu atomicamente dispersa fabricada por reconstrução in-situ da estrutura metal-orgânica de Cu dopado com traço-Co é empregada como o catalisador para CO eletroquímico2 redução. Os dopantes Co no Cu favorecem a protonação do *CO vs. o acoplamento C−C através da melhor adsorção do *H e redução da cobertura do *CO, promovendo assim a seletividade do metano. Crédito:Yang Peng (Universidade de Soochow)
O mundo é altamente dependente de combustíveis fósseis para alimentar sua indústria e transporte. Esses combustíveis fósseis levam à emissão excessiva de dióxido de carbono, o que contribui para o aquecimento global e a acidificação dos oceanos. Uma maneira de reduzir essa emissão excessiva de dióxido de carbono, prejudicial ao meio ambiente, é por meio da eletrorredução do dióxido de carbono em combustíveis ou produtos químicos de valor agregado usando energia renovável. A ideia de usar essa tecnologia para produzir metano atraiu grande interesse. No entanto, os pesquisadores tiveram sucesso limitado no desenvolvimento de catalisadores eficientes para metano.
Uma equipe de pesquisa da Universidade de Soochow desenvolveu uma estratégia simples para criar catalisadores de liga de cobre e cobalto que proporcionam excelente atividade de metano e seletividade na redução eletrocatalítica de dióxido de carbono. Sua pesquisa é publicada em
Nano Research .
Nos últimos 10 anos, os cientistas fizeram progressos notáveis no avanço de sua compreensão dos catalisadores e na aplicação do conhecimento à sua fabricação. Mas os catalisadores desenvolvidos não foram satisfatórios para uso com metano, em termos de seletividade ou densidade de corrente. Apesar dos grandes insights que os cientistas obtiveram, as estratégias que eles tentaram na criação de catalisadores para o metano são muito caras para serem úteis em aplicações práticas.
A equipe da Soochow University olhou para estruturas orgânicas metálicas como uma forma de superar os desafios anteriores na construção de catalisadores para metano. "As estruturas orgânicas metálicas foram percebidas como uma categoria única de catalisador de reação eletroquímica de redução de dióxido de carbono, uma vez que oferecem uma plataforma ajustável para alterar sistematicamente a coordenação do local do metal, regular a camada de Helmholtz e controlar a ligação dos intermediários", disse o professor Yang Peng. , Instituto Soochow de Inovações em Energia e Materiais, Faculdade de Energia, Universidade Soochow. A camada de Helmholtz refere-se ao limite ou interface que aparece onde um condutor eletrônico entra em contato com um condutor iônico.
No entanto, a estabilidade das estruturas metálicas orgânicas durante o processo eletrolítico continua sendo uma questão limitante. Assim, as estruturas orgânicas metálicas são frequentemente usadas como precursores estruturais para derivar conjuntos de catalisadores mais robustos após a reconstrução. Em sua pesquisa, a equipe aproveitou os centros metálicos homogeneamente dispersos da estrutura metálica orgânica. Eles alcançaram ligas de cobre cobalto eletroquimicamente reduzidas que proporcionam excelente atividade de metano e seletividade na redução eletrocatalítica de dióxido de carbono. A equipe usou espectroscopia de adsorção de raios-X in-situ e espectroscopia infravermelha aprimorada de superfície de reflexão total atenuada no desenvolvimento de sua estratégia.
O estudo da equipe não apenas oferece uma estratégia útil para a construção de catalisadores eletrocatalíticos de redução de dióxido de carbono por meio da reconstrução eletroquímica de estruturas orgânicas metálicas bimetálicas, mas também fornece informações importantes sobre a direção de vias eletrocatalíticas de redução de dióxido de carbono em cobre por meio de dopagem atômica de metais de transição 3d. Esses metais de transição 3D são os elementos da tabela periódica que vão de
22 Ti para
29 Cu (titânio a cobre).
Ao modular a concentração de dopagem de cobalto, a equipe alcançou uma notável eficiência Faradaica de 60% ao metano em uma alta densidade de corrente operacional.
“A mensagem mais importante que gostaríamos de entregar neste trabalho é que, ao doping atomicamente outros metais de transição 3D em cobre, mesmo em pequena quantidade, a energia e o caminho eletrocatalítico de redução de dióxido de carbono podem ser modulados de forma controlada”, disse Peng.
Como próximo passo, a equipe quer alcançar uma melhor estabilidade. Eles farão isso testando o sistema catalítico em um conjunto de eletrodos de membrana. "Nosso objetivo final é alcançar a produtividade em escala industrial e a estabilidade da produção de metano e realizar a utilização engenhosa do dióxido de carbono de forma verde", disse Peng.
+ Explorar mais Revisão de tecnologias que aumentam o potencial de conversão de dióxido de carbono em produtos úteis
