Tehokkaampia sähkökatalyyttisiä reaktioita

Northwestern Universityn tutkijat ovat kehittäneet tehokkaamman ja vakaamman menetelmän sähkökatalyyttisten reaktioiden tekemiseen.

Tekniikka, joka leijuttaa katalyyttihiukkasia elektrolyyteissä sen sijaan, että liimaisi ne elektrodeihin, välttää reaktion suorituskyvyn nopean heikkenemisen. Lähestymistapa voisi parantaa elektrolyysin sekä sähkökemiallisen energian muuntamisen ja varastoinnin tuotantoprosesseja.

Tutkimusta vetänyt professori Jiaxing Huang, toteaa, että kehitimme merkittävästi erilaisen lähestymistavan tehdäksemme sähkökatalyyseistä vähemmän alttiita heikkenemiselle - ei etsimällä jotain uutta materiaalia, vaan tekemällä reaktion eri tavalla."

Tyypillisessä sähkökatalyysiympäristössä katalyyttiset materiaalit ovat liitetty kiinteästi elektrodiin. Ne käyvät siinä jännitteen jatkuvasti puskeman reaktion ja kokevat siten jatkuvaa sähkökemiallista rasitusta. Aikaa myötä niiden katalyyttinen suorituskyky heikkenee rakenteellisten vaurioiden vuoksi. Uusi menettelytapa välttää jatkuvan stressin leijuttamalla hiukkasia elektrolyytissä jolloin ne kokevat sähkökemiallisen rasituksen vain hetkellisesti törmätessään elektrodiin.

Ideaa testattiin kaupallisilla Pt/C-katalyytillä. Normaalisti Pt/C katalysointi kärsii vahvasta suorituskyvyn heikkenemisestä, mutta nyt reaktiot osoittivat parempaa tehokkuutta ja vakautta hiukkasten liikkuvuuden ansiosta.

Vaikka tarvitaan vielä työtä otollisten sähkökemiallisten reaktioiden tyyppien tunnistamiseksi ja tutkijat toivotat, että muut tutkijat harkitsevat menetelmäämme katalyyttien uudelleenarvioimiseksi.

Toronton yliopiston suunnittelutiimi on tehostanut kehittämänsä elektrolysaattorin tekniikkaa tuottamaan arvokkaita kemikaaleja ilmastokaasu hiilidioksidista.

Uusi suunnitteluratkaisu muuntaa hiilidioksidin toisiksi hiilipohjaisiksi molekyyleiksi, kuten etyleeniksi kymmenen kertaa nopeammin kuin aikaisempi.

Etyleeni on yksi maailman eniten tuotetuista teollisuuskemikaaleista ja sitä tuotetaan fossiilisista polttoaineista. Jos sitä voisi tuottaa hiilidioksidipäästöistä, se tarjoaisi uuden taloudellisen kannustimen hiilen talteenotolle.

Uusimmassa suunnitelmassaan tutkijaryhmä käytti aiemman kuparilevyn sijaan katalyyttinä pieniä kuparihiukkasia upotettuna ioneja johtavaan Nafion-materiaalikerrokseen.

"Voimme pumpata elektroneja kymmenen kertaa nopeammin, mikä on hienoa, mutta voimme käyttää järjestelmää vain noin kymmenen tuntia ennen katalyyttikerroksen hajoamista", toteaa tohtoritutkija Cao-Thang Dinh. "Tämä on edelleen kaukana tavoitteesta, joka koskee tuhansia tunteja, joita tarvitaan teollisiin sovelluksiin."

Herää kysymys olisiko Northwesternin ideasta apua Toronton tutkijoille?

Aiheesta aiemmin:

Tehokas vedyntuotanto helpoksi