De nieuwste doorbraak in het onderzoek naar de vermindering van kooldioxide betreft een nieuw ontwikkelde katalysator op tinbasis die efficiënt ethanol produceert en een grote stap voorwaarts betekent in de technologie voor hernieuwbare energie. De omzetting van een elektrochemische kooldioxidereductiereactie (CO2RR) in op koolstof gebaseerde brandstoffen biedt een veelbelovende strategie om de kooldioxide-uitstoot te verminderen en het gebruik van hernieuwbare energie te bevorderen.
Uitdagingen voor CO2-reductie
Vloeibare Cn (n≥2)-producten zijn populair vanwege hun hoge energiedichtheid en gemakkelijke opslag. De manipulatie van CC-koppelingsroutes blijft echter een uitdaging vanwege het beperkte mechanistische begrip.
Onlangs heeft een onderzoeksteam onder leiding van de professoren Zhang Tao en Huang Yanqiang een baanbrekend onderzoek uitgevoerd aan de Universiteit van Californië, Los Angeles. Een onderzoeksteam onder leiding van professoren Zhang Tao en Huang Yanqiang van het Dalian Institute of Chemical Physics, Chinese Academie van Wetenschappen, ontwikkelde een op tin gebaseerde tandem-elektrokatalysator (SnS2@Sn1-O3G). Onder de omstandigheden van -0,9 VRHE en een geometrische stroomdichtheid van 17,8 mA/cm2 kan de katalysator reproduceerbaar ethanol genereren met een Faradaic-efficiëntie van wel 82,5%.
Het onderzoek is onlangs gepubliceerd in het wetenschappelijke tijdschrift Nature Energy.
De onderzoekers creëerden SnS2@Sn1-O3G door een solvothermische reactie van SnBr2 en thioureum uit te voeren op driedimensionaal koolstofschuim. Deze elektrokatalysator bestaat uit SnS2-nanosheets en atomair verspreide Sn-atomen (Sn1-O3G).
Mechanistische studies tonen aan dat dit Sn1-O3G respectievelijk *CHO- en *CO(OH)-tussenproducten kan adsorberen, waardoor de vorming van C-C-bindingen wordt bevorderd via een ongekende formyl-bicarbonaatkoppelingsroute.
Bovendien volgden de onderzoekers, door gebruik te maken van isotopisch gelabelde reactanten, het vormingspad van C-atomen in het uiteindelijke C2-product gevormd op de Sn1-O3G-katalysator. Analyse toonde aan dat de methyl C in het product afkomstig was van mierenzuur, terwijl de methyleen C uit kooldioxide kwam.
Professor Huang zei: "Onze studie biedt een alternatief platform voor de vorming van CC-bindingen bij de ethanolsynthese en een strategie voor het manipuleren van de route voor koolstofdioxidereductie om het gewenste product te verkrijgen."