کشف غیر منتظره منجر به کاتالیزوری می شود که عملکرد آن در طول زمان بهبود می یابد .
دانشمندان یک کاتالیزوز انقلابی ساختند که نه تنها CO2 را به محصولات با ارزش تبدیل می کند ، بلکه در واقع فعالیت خود را در طول زمان افزایش می دهد .
در شکل بالا ذرات قلع روی یک تکیه گاه کربنی با بافت نانوبه عنوان می کند. دانشمندان یک کاتالیزور ساخته اند که نه تنها Co2 را به محصولات با ارزش تبدیل می کند ، بلکه در واقع فعالیت خود را در طول زمان افزایش می دهد . این الکتروکاتالیست نوآورانه که از ریز ذرات قلع بر روی ساختار کربن نانوبافتنی ساخته شده است، فرمتی را تولید می کند که یک ترکیب کلیدی برای صنایع مختلف است . بر خلاف کاتالیزور های معمولی که تجزیه می شوند ، این کاتالیزور با تجزیه به نانوذرات قلع کوچک تر خود بهینه می شود و عملکرد را به طور چشم گیری بهبود می بخشد. یک الکتروکاتالیست موثر برای تبدیل Co2 به محصولات با ارزش عمل می کند.
کاتالیزور پیشرفته برای تبدیل Co2 : محققان یک کاتالیزور پایدار ایجاد کرده اند که با کارکردی که داردموثر تر می شود دی اکسید کربن را به محصولات با ارزش تبدیل کرد .این پیشرفت پایه ای را ، برای طراحی الکتروکاتالیست های نسل بعدی فراهم می کند. یک تیم تحقیقاتی از دانشکده شیمی دانشگاه بیرمنگام این کاتالیزور را با استفاده ریز ذرات قلع که توسط ساختار کربنی با بافت نانو پشتیبانی می شوند ، ایجاد کردند. برهمکنش بین ذرات قلع و نانو الیاف کربنی گرافیتی شده نقش مهمی در انتقال الکترون ها از الکترود کربن به مولکول های Co2 ایفا می کند - مرحله ای ضروری در تبدیل Co2 به فرمت زمانی که پتانسیل الکتریکی اعمال می شود. این تحقیق در ASC applied energy materials مجله ای از انجمن شیمی آمریکا که بر تحقیقات بین رشته ای در مواد برای کاربرد های انرژی تمرکز دارد ، منتشر شد.
پرداختن به انتشار Co2 با الکتروکاتالیز : Co2 عامل اصلی گرمایش جهانی است . درحالی که دی اکسید کربن را می توان به محصولات مفید تبدیل کرد ، روش های حرارتی سنتی معمولا هیدروژنی است که از سوخت های فسیلی تامین می شود. بنابراین توسعه روش های جایگزین ، مانند الکتروکاتالیز ، که از منابع انرژی پایدار مانند فتوولتائیک و نیروی باد و همچنین دسترسی فراوان به آب به عنوان منبع هیدروژن استفاده می کند ، ضروری است. در الکتروکاتالیز، اعمال یک پتانسیل الکتریکی به کاتالیزور ، الکترون ها را از طریق ماده به حرکت در می آورد تا با Co2 و آب واکنش دهند و ترکیبات ارزشمندی تولید کنند. یکی از این محصولات به نام فرمت Faormate ، به طور گسترده در سنتز شیمیایی پلیرها ، داروها ،چسب ها و غیره استفاده می شود . برای بهره وری بهینه ، این فرآیند باید در پتانسیل پایین عمل کند و در عین حال چگالی جریان و گزینش پذیری بالا را حفظ کند و از استفاده موثر الکترون ها برای تبدیل Co2 به محصولات مورد نظر اطمینان حاصل کند.
کربن نانو بافت عملکرد کاتالیزور را افزایش می دهد. دکتر ماداسای یکی از محققان دانشگاه ناتینگهام ، که تیم تحقیقاتی را رهبری می کرد ، گفت : یک الکتروکاتالیست موفق باید به مولکول Co2 پیوند قوی داشته باشد و الکترون ها را برای شکستن پیوند های شیمیایی آن تزریق کند . ما نوع جدیدی از الکترود کربن را توسعه دادیم که از نانو الیاف گرافیتی شده با بافتی در مقیاس نانو دارای سطوح منحنی و لبه های پله کانی برای افزایش تعامل با ذرات قلع استفاده می کند. تام بورول دستیارپژوهشی در دانشگاه ناتینگهام ، این کار را در حین تحصیل در مر کز آموزش دکتری در شیمی پایدار انجام داد . او این رویکرد را توسعه داد و کارآزمایشی را انجام داد . او گفت : ما می توانیم عملکرد کاتالیزور را با اندازه گیری جریان الکتریکی مصرف شده توسط مولکول ها Co2 واکنش دهنده ارزیابی کنیم. به طور معمول کاتالیزور ها در طول استفاده تجزیه می شوند و در نتیجه فعالیت آن ها کاهش می یابد . به طور شگفت انگیزی مشاهده کردیم که جریان عبوری از قلع روی کربن نانو بافتی به طور مداوم در طی 48 ساعت افزایش می یابد . تجزیه و تحلیل محصولات واکنش تایید کرد که تقریبا همه الکترون ها برای کاهش Co2 به formate استفاده شده اند و بهره وری را با ضریب 3.6 افزایش می دهند و در عین حال انتخاب پذیری نزدیک 100 درصد را حفظ می کنند.
افزایش کارایی توسط نانوذرات قلع : محققان این خود بهینه سازی را با تجزیه ریز ذرات قلع به نانوذراتی به کوچکی 3 نانومتر در طی واکنش کاهش Co2 مرتبط دانستند . تام بوورول توضیح داد : با استفاده از میکروسکوپ الکترونی ، متوجه شدیم که ذرات قلع کوچکتر تماس بهتری با کربن نانو بافت الکترود دارند، انتقال الکترون را بهبود می بخشند و تعداد مراکز فعال قلع را تقریبا ده برابر می کنند. این رفتار دگرگون کننده به طور قابل توجهی با مطالعات قبلی متفاوت است ، جایی که تغییرات ساختاری در کاتالیزور ها اغلب مضر تلقی می شوند . در عوض پشتیبانی دقیق مهندسی شده در کاتالیزور ها توسعه یافتع توسط محققان ، امکان سازگاری پویا از قلع و بهبود عملکرد را فراهم می کند. پروفسور آندری خلبیستوف دانشکده شیمی دانشگاه ناتینگهام ، گفت : کربن دی اکسید تنها یک گاز گلخانه ای نیست ، بلکه یک ماده اولیه با ارزش برای تولید مواد شیمیایی است. در نتیجه طراحی کاتالیزور های جدید از مواد فراوان در زمین ماند کربن و قلع برای تبدیل پایدار کربن دی اکسید و دستیابی به هدف انتشار خالص صفر بریتانیا حیاتی است. کاتالیزور های ما نیز باید در استفاده طولانی مدت فعال بمانند تا بهترین ارزش را تضمین کنند. این کشف نشان دهنده یک تغییر گام در درک طراحی تکیه گاه ها برای الکتروکاتالیز است . با کنترل دقیق برهمکنش بین کاتالیزور ها و تکیه گاه های آن ها در مقیاس نانو ، این تیم تحقیقاتی زمینه را برای کاتالیزور های بسیار انتخابی و پایدار برای تبدیل Co2 به محصولات با ارزش ایجاد کرده است.
