Chất xúc tác điện mới, chuyển đổi carbon dioxide (CO2) thành nhiên liệu lỏng

Theo báo cáo khoa học của một nhóm các nhà nghiên cứu Trung Quốc, đăng trên tạp chí Angewandte Chemie, đồng hoạt tính trên cơ sơ hỗn hợp kim đồng / titan vô định hình cho phép tạo ra etanol, axeton và n-butanol với hiệu suất cao.

Hầu hết nhu cầu năng lượng toàn cầu đang được đáp ứng bằng phương pháp đốt nhiên liệu hóa thạch, gây ra hiệu ứng nhà kính bằng việc xả thải khí CO2 .

Để giảm sự nóng lên toàn cầu, mục tiêu đặt ra là tìm kiếm phương pháp sử dụng CO2 làm nguyên liệu cho những hóa chất cơ bản. Thông qua quá trình chuyển đổi khí CO2 bằng điện xúc tác sử dụng năng lượng tái tạo, một chu trình carbon nhân tạo, trung hòa với khí hậu có thể được thiết lập.

Năng lượng dư thừa được tạo ra bởi quang điện và năng lượng gió có thể được lưu trữ bằng quy trình sản xuất nhiên liệu điện xúc tác từ CO2. Nhiên liệu sẽ được sử dụng khi cần thiết để tạo ra năng lượng.

Chuyển đổi khí CO2 thành nhiên liệu lỏng có hiệu quả cao do nhiên liệu lỏng có mật độ năng lượng cao, an toàn khi lưu trữ và vận chuyển. Nhưng quá trình hình thành các sản phẩm xúc tác điện có hai hoặc nhiều nguyên tử cacbon (C2+ ) rất khó khăn.

Nhóm nhà khoa học từ Đại học Phật Sơn (Phật Sơn, Quảng Đông), Đại học Khoa học và Công nghệ Trung Quốc (Hợp Phì, An Huy) và Đại học Tây An Shiyou (Tây An, Thiểm Tây), do các nhà khoa học GS Fei Hu, TS Li Yang, TS Chongxiong Duan, TS Xiaonong Wang và Tingting Kong, Jun Jiang, Yujie Xiong phát triển một chất xúc tác điện mới, có thể chuyển CO2 thành nhiên liệu lỏng hiệu quả với nhiều nguyên tử carbon (C2–4 ). Những sản phẩm đạt được là etanol, axeton và n -butanol.

Để tạo ra chất xúc tác điện, những dải băng mỏng bằng hợp kim đồng / titan được ăn mòn bằng axit flohydric, loại bỏ titan khỏi bề mặt. Kỹ thuật này tạo ra một vật liệu mới, được đặt tên là a-CuTi @ Cu , với bề mặt đồng xốp trên hợp kim CuTi vô định hình.

Vật liệu có các tâm đồng hoạt tính xúc tác với hoạt tính, độ chọn lọc và độ ổn định cao vượt trội trong quá trình khử CO2 thành C2+ (tổng hiệu suất faradaic khoảng 49% ở 0,8 V so với điện cực hydro thuận nghịch đối với các carbon C2–4, hoạt tính ổn định trong ba tháng). Ngược lại, lá đồng nguyên chất tạo ra sản phẩm C1 nhưng không có sản phẩm C2+ nào .

Phản ứng là một quá trình truyền điện tử nhiều bước thông qua những sản phảm vật chất trung gian khác nhau. Trong chất xúc tác điện mới, các nguyên tử titan không hoạt động bên dưới bề mặt đóng một vai trò quan trọng; titan làm tăng mật độ electron của các nguyên tử đồng (Cu) trên bề mặt.

Đặc điểm này ổn định sự hấp phụ của *CO, chất trung gian quan trọng trong quá trình hình thành các sản phẩm đa carbon, cho phép bề mặt có độ bao phủ cao với *CO, giảm rào cản năng lượng đối với quá trình nhị trùng hóa và tam trùng hóa *CO khi các liên kết carbon-carbon mới là hình thành.