Nowe narzędzie do konwersji dwutlenku węgla

Naukowcy z Cornell University ponownie przyjrzeli się stuletniemu równaniu elektrochemicznemu, równaniu Cottrella, aby pomóc w przekształcaniu atmosferycznego dwutlenku węgla w funkcjonalny produkt oraz w zarządzaniu gazami cieplarnianymi.

To równanie, nazwane na cześć chemika Fredericka Gardnera Cottrella, który wymyślił je w 1903 roku, służy obecnie jako cenne narzędzie dla współczesnych badaczy. Stosując elektrochemię w kontrolowanym środowisku laboratoryjnym, naukowcy mogą lepiej zrozumieć różnorodne interakcje, którym może podlegać dwutlenek węgla.

Elektrochemiczna redukcja dwutlenku węgla daje możliwość przekształcenia gazu z odpadów środowiskowych w surowiec do produktów chemicznych lub jako sposób magazynowania odnawialnej energii elektrycznej w postaci wiązań chemicznych, tak jak robi to natura.

Ich prace zostały opublikowane w czasopiśmie katalizator ACS.

powiedział główny autor Rileigh Casebolt DiDomenico, doktorant inżynierii chemicznej na Cornell University pod kierunkiem profesora Tobiasa Hanratha.

„Jeśli mamy lepszą kontrolę nad reakcją, możemy robić, co chcemy, kiedy chcemy” – powiedział DiDomenico. „Równanie Cottrella jest narzędziem, które pomaga nam się tam dostać”.

Równanie umożliwia naukowcowi zdefiniowanie i kontrolowanie parametrów eksperymentalnych pobierania dwutlenku węgla i przekształcania go w użyteczne produkty węglowe, takie jak etylen, etan lub etanol.

Wielu badaczy korzysta dziś z zaawansowanych metod obliczeniowych, aby uzyskać szczegółowy atomowy obraz procesów zachodzących na powierzchni katalizatora, ale metody te często obejmują kilka subtelnych założeń, co komplikuje bezpośrednie porównanie z eksperymentami, powiedział starszy autor Tobias Hanrath.

„Piękno tego starożytnego równania polega na tym, że istnieje bardzo niewiele założeń” – powiedział Hanrath. „Jeśli umieścisz dane empiryczne, uzyskasz lepsze poczucie prawdy. To stary klasyk. To jest część, która moim zdaniem była piękna.”

„Ponieważ jest starsze”, powiedział DiDomenico, „równanie Cottrella było zapomnianą techniką. To klasyczna elektrochemia. Już samo przywrócenie go na pierwszy plan ludziom było wspaniałe. I myślę, że to równanie pomoże innym elektrochemikom badać ich własne systemy”.

Odniesienie: „Mechanistyczne spostrzeżenia dotyczące powstawania dwutlenku węgla i produktów dwutlenku węgla w elektrochemicznej redukcji dwutlenku węgla – rola przenoszenia ładunku i reakcji chemicznych” autorstwa Reilly Caspolte de Domenico, Kelsey Levine, Lila Remanis, Hector de Abroena i Tobiasza Hanratha, 27 marca 2023 r katalizator ACS.
DOI: 10.1021/acscatal.2c06043

Badanie zostało sfinansowane przez National Science Foundation, Cornell Energy Systems Institute-Corning Graduate Fellowship oraz Cornell Engineering Learning Initiative.