用于二氧化碳转化的稳定的铜催化剂

  Ruhr-UniversitätBochum和杜伊斯堡-埃森大学的研究人员已经开发出一种将二氧化碳(CO 2)转化为化学物质或燃料的新型催化剂。他们优化了已经可用的铜催化剂,以提高其选择性和长期稳定性。波鸿电化学中心的宋延芳博士和沃尔夫冈·舒曼教授领导的研究小组以及杜伊斯堡-埃森技术化学三小组的科琳娜·安德罗涅斯库教授领导的研究小组在《Angewandte Chemie》杂志上对结果进行了描述,该研究在线发表于2021年2月。

用于二氧化碳转化的稳定的铜催化剂


 

  硼使铜催化剂稳定

  气候气体CO 2可以转化为较大的碳化合物,可用作工业的基础化学品或燃料。研究人员追求在可再生能源的帮助下电化学转化CO 2的想法。这不仅会创造有用的产品;它们还可以用作可再生能源的储存。铜在先前的研究中已经成为一种有前途的催化剂,但它必须以部分带正电的离子的形式存在-恰恰是问题所在。

  在常规反应条件下,铜从其带正电荷的形式迅速转变为中性态,这不利于形成具有两个以上碳原子的产物,从而使催化剂失活。

  因此,来自波鸿(Bochum)和杜伊斯堡-埃森(Duisburg-Essen)的研究小组用硼改性了铜催化剂。研究人员测试了不同的铜硼比率,并确定了最佳的组成,以利于形成两个以上碳原子的化合物。他们还表明,硼铜催化剂可以在工业规模所需的电流密度下运行。

  锌可防止腐蚀

  他们以气体扩散电极的形式实施了该系统,其中固体催化剂催化液相和气相之间的电化学反应。重要的是,要使足够的CO 2溶解在气相和液相之间的边界区域中。科学家通过使用特殊的粘合剂成功地做到了这一点。

  另一个挑战是保持系统长期稳定。例如,必须防止电极腐蚀。为此,化学家将所谓的由锌制成的牺牲阳极集成到系统中。由于锌是一种少贵金属比铜,这是第一个被腐蚀,而铜被幸免。

  沃尔夫冈·舒曼(Wolfgang Schuhmann)总结道:“在气体扩散电极中结合选择性和活性催化剂材料以及添加稳定的锌,是迈向使用CO 2合成基础化学品的重要一步。”

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