_ Spre selectiv și energetic- sinteza eficientă a etilenei prin reducerea dioxidului de carbon

Sinteza substanțelor chimice pe bază de carbon prin reducerea electrochimică a dioxidului de carbon (CO2) a devenit obiectivul cheie al numeroaselor eforturi recente de cercetare energetică. Deși aceste studii au dat rezultate promițătoare, permițând producerea diferitelor substanțe chimice utilizate pe scară largă, majoritatea abordărilor propuse prezintă eficiență energetică și selectivitate slabe.

Metodele propuse pentru reducerea electrochimică a CO2 în etilenă de hidrocarbură, de exemplu, nu au atins până acum eficiența și stabilitatea energetică dorite. Acest lucru a împiedicat desfășurarea lor pe scară largă ca alternative pentru abordările petrochimice convenționale pentru a produce etilenă, care au efecte adverse asupra mediului.

Cercetătorii de la Universitatea Montpellier și alte institute și-au propus recent să faciliteze sinteza selectivă și eficientă din punct de vedere energetic. de etilenă prin reducerea CO2 prin funcționalizarea catalizatorilor care provoacă reacții de reducere. Lucrarea lor, publicată în Nature Energy, introduce o strategie de funcționalizare a catalizatorilor de cupru (Cu) pentru reducerea CO2 folosind săruri de aril diazoniu, substanțe incolore utilizate în prezent pentru a sintetiza diferiți compuși organici.

„Deși s-au înregistrat progrese în ceea ce privește producând produse multi-carbon din reducerea electrochimică a CO2, selectivitatea modestă pentru etilenă (C2H4) duce la o eficiență energetică scăzută și la costuri mari de separare în aval", au scris Huali Wu, Lingqi Huang și colegii lor în lucrarea lor. „Funcționalizam catalizatorii de Cu cu o varietate de săruri de arii diazoniu substituite pentru a îmbunătăți selectivitatea față de produsele cu mai multe carboni.”

În calculele și experimentele lor, Wu, Huang și colaboratorii lor au descoperit că diferite săruri de arii diazoniu ar putea ajută la adaptarea stării de oxidare a Cu. Folosind aceste săruri, ei au reușit astfel să funcționeze catalizatorii într-o celulă cu ansamblu de electrozi cu membrană (MEA), componenta principală a celulelor de combustie care facilitează reacțiile electrochimice dorite, inclusiv reacțiile care stau la baza reducerii CO2.

The cercetătorii au testat performanța acestei celule de flux MEA cu site-uri de Cu personalizate într-o serie de experimente. Ei au descoperit că strategia lor de funcționalizare a îmbunătățit eficiența energetică și stabilitatea reducerii CO2 pentru a produce etilenă.

„Folosind calcul și spectroscopie operantă, constatăm că starea de oxidare a suprafeței Cu (δ+ unde 0 <� δ <� 1) poate fi reglat prin funcționalizare și că influențează selectivitatea față de C2H4", au scris cercetătorii.

"Raportăm o eficiență Faradaic și o densitate specifică de curent pentru C2H4 la fel de mare ca 83 ± 2% și 212 mA cm−2, respectiv, pe Cu0,26+ parțial oxidat.Folosind o alimentare cu gaz CO, demonstrăm o eficiență energetică de ~40% cu o eficiență C2H4 Faradaic de 86 ± 2%, corespunzând unui consum redus de energie electrică de 25,6 kWh Nm−3 pentru reacția de conversie CO în C2H4.”

Studiul recent al acestei echipe de cercetători introduce o nouă strategie promițătoare pentru a permite electrosinteza eficientă din punct de vedere energetic și stabilă a etilenei din CO2, valorificând valența ingineria cuprului. Această strategie ar putea fi în curând perfecționată și validată în continuare, contribuind potențial la trecerea viitoare către metode mai durabile de a produce etilenă la scară largă.

© 2024 Science X Network

(Fluierul)