Egy új szén-dioxid átalakító eszköz

A Cornell Egyetem tudósai átdolgozták a 120 éves Cottrell-egyenletet, hogy megértsék, milyen reakciókon megy keresztül a szén-dioxid, amikor elektrokémiának vetik alá, azzal a céllal, hogy a gázt hasznos termékekké alakítsák. A kutatók úgy vélik, hogy a klasszikus egyenlet segíthet az elektrokémikusoknak a reakciók szabályozásában, hogy olyan kívánatos termékeket hozzanak létre, mint az etilén, az etán vagy az etanol, ami hatékonyan átalakítja a környezeti problémát megújuló erőforrássá.

A Cornell Egyetem tudósai felülvizsgálták egy évszázados elektrokémiai egyenletet, a Cottrell-egyenletet, amely segít a légköri szén-dioxid funkcionális termékké alakításában, és az üvegházhatású gázok kezelésében.

Ez az egyenlet, amelyet az 1903-ban kidolgozó Frederick Gardner Cottrell kémikusról neveztek el, ma értékes eszközként szolgál a modern kutatók számára. Az elektrokémia ellenőrzött laboratóriumi környezetben történő alkalmazásával a tudósok tisztábban megérthetik a szén-dioxid különböző kölcsönhatásait.

A szén-dioxid elektrokémiai redukciója lehetőséget kínál arra, hogy a környezetvédelmi kötelezettségből származó gázt vegyi termékek nyersanyagává alakítsák, vagy a megújuló villamos energia tárolásának eszközeként vegyi kötések formájában, ahogy a természet teszi.

Munkájuk a folyóiratban jelent meg ACS katalizátor.

– mondta Rileigh Casebolt DiDomenico vezető szerző, a Cornell Egyetem vegyészmérnöki doktorandusza, Tobias Hanrath professzor felügyelete alatt.

„Ha jobban tudjuk irányítani a reakciót, akkor bármit elkészíthetünk, amikor csak akarjuk” – mondta DiDomenico. „A Cottrell-egyenlet az az eszköz, amely segít eljutni oda.”

Az egyenlet lehetővé teszi a kutató számára, hogy meghatározza és szabályozza a kísérleti paramétereket a szén-dioxid felvételéhez és hasznos széntermékekké, például etilénné, etánná vagy etanollá való átalakítására.

Manapság sok kutató fejlett számítási módszereket használ, hogy részletes atomi képet adjon a katalizátor felületén zajló folyamatokról, de ezek a módszerek gyakran több finom feltételezést is tartalmaznak, ami megnehezíti a közvetlen összehasonlítást a kísérletekkel – mondta Tobias Hanrath vezető szerző.

„Ennek az ősi egyenletnek az a szépsége, hogy nagyon kevés a feltételezés” – mondta Hanrath. „Ha empirikus adatokat adsz meg, jobban megérted az igazságot. Ez egy régi klasszikus. Ez az a rész, amelyet gyönyörűnek tartottam.”

„Mivel régebbi” – mondta DiDomenico -, a Cottrell-egyenlet elfeledett technika volt. Klasszikus elektrokémia. Már csak az is nagyszerű volt, hogy visszahozták az emberek tudatába. És úgy gondolom, hogy ez az egyenlet segíteni fog más elektrokémikusoknak saját rendszereik tanulmányozásában.”

Hivatkozás: Reilly Caspolte de Domenico, Kelsey Levine, Lila Remanis, Hector de Abroena és „Mechanisztikus betekintés a szén-dioxid és szén-dioxid-termékek képződésébe a szén-dioxid elektrokémiai redukciójában – a töltéslánc átvitelének szerepe és a kémiai reakciók” Tobias Hanrath, 2023. március 27. és ACS katalizátor.
DOI: 10.1021/acscatal.2c06043

A tanulmányt a National Science Foundation, a Cornell Energy Systems Institute-Corning Graduate Fellowship és a Cornell Engineering Learning Initiative finanszírozta.