Kuparin rooli CO2:n muuntamisessa arvokkaiksi polttoaineiksi

Fritz Haber -instituutin tutkijat ovat selvitelleet, kuinka sähköisten pulssikäsittelyjen soveltaminen kuparin yksikiteisille pinnoille mallikatalyytteinä voi parantaa niiden kykyä muuntaa hiilidioksidia (CO2) polttoaineiksi, kuten eteeniksi ja etanoliksi.

Tohtori Thomas Schmidtin ja professori Beatriz Roldán Cuenyan muodostama tiimi on soveltanut äskettäin kehitettyä menetelmää, jossa käytetään pulssipotentiaaleja sähkökemiallisissa käsittelyissä yhdistettynä syvällisiin mikroskopia ja karakterisointimenetelmiin, ymmärtääkseen ja lopulta säätääkseen hyvin määriteltyjen kuparipintojen sähkökatalyyttisiä ominaisuuksia.

Käyttämällä vuorotellen anodisia (hapettavia) ja katodisia (pelkistäviä) pulsseja he havaitsivat, että kuparipintojen rakenteessa muodostuu erityisiä kiteisiä tasopintoja (fasetteja) ja hapetustilassa tapahtuu muutoksia, jotka johtavat hiilidioksidin tehokkaampaan muuntumiseen hiilivedyiksi ja alkoholeiksi.

Tutkijat havaitsivat, että pulssikäsittelyt luovat kuparille kahdenlaisia ainutlaatuisia pintarakenteita. Anodisen pulssin aikana kuparin kohden selektiivisellä liukenemisella elektrolyyttiin muodostuu käänteisen pyramidin kaltaisia rakenteita, joilla on erityisiä sivufasetteja. Lisäksi tässä anodisessa pulssissa (+0,6 V) kuparipinta hapettuu, jolloin muodostuu noin 1 nm paksu Cu(I)-kalvo.

Mielenkiintoista on, että seuraavassa katodisessa pulssissa (-1 V) vain tämän kalvon ylin osa pelkistyy metalliseksi kupariksi, jolloin muodostuu noin 0,5 nm paksuinen metallinen kuparikalvo, joka on kerrosmainen rakenne noin 0,5 nm paksun Cu(I)-aluskerroksen metallisen kuparikiteen päällä.

Sekä rakenteet, fasetit että pinnan alla oleva oksidi, ovat tärkeitä eteenin ja etanolin tuotannon tehostumiselle. Erityisesti metallisten ja Cu2O-yhdisteiden rinnakkaiselo näyttää parantaneen etanolin tuotantoa, kun taas porrastetut, pääasiassa metalliset pinnat johtavat eteenin saannon paranemiseen.

Tämä näkemys tarjoaa arvokasta palautetta teoreettisille malleille ja auttaa tarkentamaan ymmärrystä kuparin katalyyttisestä käyttäytymisestä.

Tämä tutkimus tarjoaa lupaavan tien kestävien energiaratkaisujen kehittämiseen. Parantamalla hiilidioksidin muuntamisen tehokkuutta löydökset voisivat johtaa tehokkaampiin tapoihin hyödyntää uudelleen "ilmastoa tappavia" kasvihuonekaasuja, kuten hiilidioksidia, uusiutuvien polttoaineiden tuotannossa.

Pulssimaisen sähköpotentiaalin käsittelyn innovatiivinen käyttö kuparipinnoilla on askel eteenpäin puhtaampien energiateknologioiden etsimisessä visioivat tutkijat yliopistonsa tiedotteessa.

Aiheesta aiemmin:

Kadonneiden kuparilajien tapaus

Katalyyttejä yhdellä atomilla ja ferrosähköllä

Fononinen katalyysi?