Forskare har utvecklat en laserteknik som kan öppna vägar för rena bränsle- och energitekniker i framtiden.
Vi behöver akut miljövänliga och hållbara sätt att ersätta fossila bränslen, olja och naturgas. Koldioxid (CO2) är en riklig restprodukt som produceras av alla verksamheter och källor som är beroende av fossila bränslen. Cirka 35 miljarder ton koldioxid släpps ut i vår planetens atmosfären årligen som en avfallsprodukt från elgenererande kraftverk, fordon och industriella installationer över hela världen. För att mildra effekterna av CO2 på det globala klimatet skulle denna bortkastade CO2 snarare kunna omvandlas till användbar energi som kolmonoxid och andra energirikliga källor. Exempel, om man reagerar med vatten CO2 producerar energirik vätgas, när den reageras med väte producerar den användbara kemikalier som kolväten eller alkohol. Sådana produkter skulle kunna användas för olika ändamål och det också i en global industriell skala.
Elektrokatalysatorer är katalysatorer som deltar i elektrokemiska reaktioner – när en kemisk reaktion äger rum men även elektrisk kraft är inblandad. Exempelvis kan rätt katalysator hjälpa till att reagera väte och syre för att göra vatten på ett kontrollerat sätt, annars blir det bara en slumpmässig blandning av två gaser. Eller till och med att producera el genom att bränna väte och syre. Elektrokatalysatorer modifierar eller ökar hastigheten för kemiska reaktioner utan att själva förbrukas i reaktionen. I samband med CO2 ses elektrokatalysatorer som relevanta och lovande när det gäller att uppnå effektivitet "stegförändring" i reduktion av CO2 efter önskemål.
Tyvärr är den exakta mekanismen för hur dessa elektrokatalysatorer fungerar inte helt klarlagd och det är fortfarande en betydande utmaning att skilja mellan lager av kortlivade mellanmolekyler med "bruset" från inaktiva molekyler i lösningen. Denna begränsade förståelse av mekanismen ställer till svårigheter i alla möjliga förändringar i utformningen av elektrokatalysatorer.
Forskare vid Liverpool University UK har visat en Lasern-baserad spektroskopiteknik för elektrokemisk reduktion av koldioxid in situ i deras studie publicerad i Naturkatalys. De använde Vibrational Sum-Frequency Generation eller VSFG-spektroskopi för första gången tillsammans med elektrokemiska experiment för att utforska en katalysator (Mn(bpy)(CO)3Br) som ses som en lovande CO2-reducerande elektrokatalysator. Beteendet hos avgörande mellanhänder som är närvarande i en reaktions katalytiska cykel under ett mycket kort intervall observerades för första gången. VSFG-teknologi gör det möjligt att följa beteende och rörelser hos även extremt kortlivade arter i en katalytisk cykel och hjälper oss därför att förstå hur elektrokatalysatorer fungerar. Så det exakta beteendet för hur elektrokatalysatorer fungerar i en kemisk reaktion förstås.
Denna studie ger insikter i några av de komplexa kemiska vägarna och kan tillåta oss att skapa nya konstruktioner för elektrokatalysatorer. Forskare undersöker redan hur man kan förbättra känsligheten för denna teknik och utvecklar ett nytt detektionssystem för bättre signal-brusförhållande. Detta tillvägagångssätt skulle kunna bidra till att öppna möjligheter för effektivare rent bränsle och få mer potential ren energi. En sådan process behöver så småningom skalas upp industriellt för att uppnå mer effektivitet på kommersiell nivå. Att hantera stora volymer CO2 som produceras från fossilbränsleförbränningsanläggningar kommer att kräva industriella framsteg.
***
{Du kan läsa den ursprungliga forskningsartikeln genom att klicka på DOI-länken nedan i listan över citerade källor}
Källa (er)
Neri G et al. 2018. Detektering av katalytiska intermediärer vid en elektrodyta under koldioxidreduktion av en jordrik katalysator. Naturkatalys. https://doi.org/10.17638/datacat.liverpool.ac.uk/533
***
