راه حل طلایی برای کاهش دی اکسید کربن و رفع آلودگی هوا

واکنش های الکتروشیمیایی با تبدیل دی اکسید کربن (CO2) به مونوکسید کربن (CO) در قالب یک جز ترکیبی می تواند سطح آلودگی را با حذف CO2 از جو کاهش دهد و منبع انرژی جایگزینی را فراهم کند. البته کاتالیزورهایی که در حال حاضر در این واکنش ها استفاده می شوند، به اندازه کافی کارآمد یا انتخابی نیستند که این فرآیند را به یک راه حل عملی تبدیل کنند.

به گزارش تک ناک ،جمعی از محققان مؤسسه تحقیقاتی فوجیان در چین به تازگی با اصلاح نانوذرات طلا و با استفاده از یک ترکیب ماکروسیکل به نام کوکوربیت [6]uril (CB[6])یک ماده هیبریدی جدید را ابداع کردند. این ترکیب مبتنی بر طلا این امکان را فراهم می کند که CO2RR کارآمدتر از آنچه قبلا ممکن بود ایجاد شود.

این پژوهش اخیراً در مجله Nano Research منتشر شده است.

مینا کائو، نویسنده مسئول آزمایشگاه شیمی ساختاری در مؤسسه تحقیقاتی فوجیان، گفت: با استفاده از این روش، امیدواریم مشکل آلودگی محیط زیست و کمبود انرژی را از طریق تبدیل الکتروشیمیایی دی اکسید کربن به محصولات با ارزش افزوده حل کنیم. همچنین برای افزایش غلظت CO2 موضعی در سطح کاتالیزورها هم از ماکرومولکول کوکوربیت[n]uril برای عاملدار کردن سطح طلا استفاده می کنیم که این امر وجه تمایز پژوهش ما با موارد قبلی است.

به گفته محققان، طلا در تبدیل CO2 به CO نسبت به سایر کاتالیزورها بسیار فعال تر است. با این حال، انرژی اتصال CO2 و CO به سطح کاتالیزور طلا ارتباط زیادی دارد، که با نیاز به CO2RR برای جذب CO2 و دفع CO در تضاد است، زیرا دفع CO به دلیل همبستگی مثبت انرژی اتصال آن به کاتالیزور رخ نمی دهد.

یک ماده هیبریدی مبتنی بر طلا (Au@CB[6]) توسط CB[6] به منظور تبدیل موثر CO2 به CO اصلاح شده است. اعتبار: تحقیقات نانو، انتشارات دانشگاه Tsinghua

محققان با اصلاح CB[6] سنتز کنترل شده ای از نانوذرات را ایجاد کردند. CB[6] دارای پورتال های دارای بار منفی و سطوح دارای بار مثبت است که به نتیجه تعامل الکترونیکی بین CB[6] و فلز کمک می کند تا عملکرد کاتالیزوری را تنظیم کند.

محققان، مورفولوژی و ساختار سطحی نانوذرات را از طریق میکروسکوپ الکترونی عبوری بازبینی کردند و پس از بررسی، نقش مواد هیبریدی مبتنی بر طلا (Au@CB[6]) برای افزایش فعالیت کاتالیزوری CO2RR ثابت شد.

کائو گفت: «ما تعامل بین کوکوربیت[6]uril و CO2 را از طریق اندازه‌گیری operando الکتروشیمیایی و محاسبات تئوری تابع چگالی ثابت کرده‌ایم. به گفته محققان، عوامل متعددی در بهبود عملکرد کاتالیزوری نقش دارند. CB[6] می‌تواند غلظت CO2 محلی را در نزدیکی سطح فلز با جمع‌آوری CO2 افزایش دهد، به این معنی که Au@CB[6] دارای غنی‌سازی CO2 قابل تنظیم است.

همچنین، یکی از دلایل محدودیت کارایی CO2RR با کاتالیزورهای سطح طلا این بود که CO2 حلالیت کم در الکترولیت های آبی دارد، مسئله ای که محققان با استفاده از نیروی اتصال بسیار ویژه ماکروسیکل برای منظم کردن واکنش الکتروکاتالیستی حل کردند.

کائو گفت: نتایج نشان داد از یکسو، CB[6] می‌تواند CO2 را جمع‌آوری کند که منجر به افزایش غلظت موضعی CO2 در نزدیکی رابط فلزی شود ، از سوی دیگر همچنین باعث دفع CO2 می شود، که دلایل اصلی افزایش عملکرد CO2RR هستند. استفاده از ماکروسیکل کوکوربیت[n]uril برای اصلاح سطح کاتالیزورها مسیری امیدوارکننده برای افزایش عملکرد الکتروکاتالیستی است.

محققان قصد دارند اصلاح کاتالیزور را برای بهبود کارایی CO2RR ادامه دهند. کائو در این خصوص گفت: در مرحله بعدی، ما امیدواریم که شکل و اندازه کاتالیزور طلا را در حضور کوکوربیت [n]uril تنظیم کنیم تا عملکرد کاتالیزوری را به سمت کاهش آلودگی دی اکسید کربن و تولید محصولات با ارزش افزوده ارتقا دهیم.