Transformacja dwutlenku węgla (CO2), znaczącego uczestnika zmian klimatycznych, który z wroga środowiska stał się cenionym aktywem, jest bliższy rzeczywistości niż kiedykolwiek wcześniej, dzięki najnowszym osiągnięciom badań. Kluczowym wyzwaniem związanym z eskalacją CO2 emisji zapoczątkowało poszukiwanie najnowocześniejszych technologii zdolnych przekształcić ten wszechobecny gaz cieplarniany w korzystne chemikalia i paliwa. Pojawiła się przełomowa metoda wykorzystująca energię elektryczną, która nie tylko zwiastuje latarnię nadziei w naszej walce z globalnym ociepleniem, ale także wyznacza drogę do zrównoważonej produkcji chemicznej. Ta innowacyjna strategia wykracza poza samo ograniczenie emisji CO2szkodliwych skutków, dążąc do przyszłości, w której systemy energetyczne będą czystsze, bardziej zrównoważone i solidne. Pojawienie się takich technologii oznacza kluczową zmianę w naszym zaangażowaniu w kwestię CO2przekształcając potencjalny kryzys ekologiczny w niezwykłą szansę zarówno dla ochrony środowiska, jak i postępu przemysłowego.
W niedawnym przełomowym badaniu opublikowanym w iScience, prowadzonym przez dr Ke Xie z Northwestern University, przy kluczowym udziale dr Hui Zhanga z Uniwersytetu w Szanghaju i dr Qinghua Lianga z Chińskiej Akademii Nauk, stwierdzono znaczący postęp w dziedzinie CO2 elektroredukcja (CO2ER) zostały ujawnione. Wykazanie jego potencjału w zakresie konwersji CO2 w cenne chemikalia i paliwa przy użyciu energii elektrycznej, badanie pokazuje, w jaki sposób technika ta upraszcza operacje i dostosowuje się do zdecentralizowanych źródeł energii, oferując nową ścieżkę odnawialnej produkcji środków chemicznych.
Pilna sprawa CO2 emisji, głównie ze zużycia paliw kopalnych, doprowadziła do wzmożonych poszukiwań efektywnego CO2 technologie przechwytywania i transformacji. Dr Xie i jego zespół umieścili jednorodny CO2ER jako obiecujące rozwiązanie, podkreślające jego zdolność do przynosinia korzyści scenariuszom, w których kluczowymi czynnikami są decentralizacja i przerywane zasilanie. Dr Xie wyjaśnia: „Zelektryzowana konwersja CO2 w cenne paliwa i chemikalia przy użyciu jednorodnego elektrochemicznego CO2 podejście redukcyjne upraszcza operację, zapewniając potencjalną opcję oddzielenia pozyskiwania energii od produkcji środków chemicznych ze źródeł odnawialnych”.
Badania zagłębiają się w mechanikę molekularną CO2 i jego proces elektroredukcji, podkreślając znaczenie kompleksów współrzędnych metali przejściowych w generowaniu zarówno C1 i wielowęglowe (C2+) produkty. Autorzy szczegółowo przeanalizowali orbital molekularny CO2kładąc podwaliny pod projektowanie skutecznych katalizatorów. „Orbitale molekularne (Mos) dla diagramu energii CO2 są pokazane… Puste antywiązanie 2ty orbitale służące jako najniższy niezajęty orbital molekularny pochodzą głównie z atomu węgla” – zauważa dr Xie, podkreślając wpływ struktury molekularnej na reaktywność i wynik produktu CO2JEST.
Badając różne typy elektrokatalizatorów i ich interakcję z CO2zespół badawczy dostarcza cennych informacji na temat doboru materiałów do docelowych produktów końcowych, takich jak CO, HCOOH i inne związki wielowęglowe. „Homogeniczne elektrokatalizatory można z grubsza podzielić na dwa typy w zależności od ich różnej roli na etapach przenoszenia elektronów” – podkreśla dr Xie, podkreślając kluczową rolę typu katalizatora w określaniu wydajności i selektywności CO2JEST.
Pomimo obiecujących postępów wyszczególnionych w badaniu dr Xie i jego współpracownicy zdają sobie sprawę z wyzwań stojących przed nami w dziedzinie CO2Ostry dyżur. Opowiadają się za dalszymi badaniami mechanistycznymi, skalowalną produkcją katalizatorów i integracją CO2Procesy ER z istniejącymi praktykami przemysłowymi. Patrząc w przyszłość, dr Xie podkreśla potrzebę zrównoważonych rozwiązań w zakresie CO2 emisji, stwierdzając: „Oczekuje się, że ta perspektywa będzie sprzyjać racjonalnemu projektowaniu wydajnych jednorodnych elektrokatalizatorów do selektywnego CO2ER w kierunku paliw i surowców odnawialnych.” To przełomowe badanie nie tylko pogłębia naszą wiedzę na temat CO2 elektroredukcji, ale także toruje drogę do rozwoju technologii neutralnych pod względem emisji dwutlenku węgla. Dzięki innowacyjnemu wykorzystaniu energii elektrycznej do CO2 konwersji, zbliżamy się do zrównoważonej przyszłości, w której produkcja chemiczna i ochrona środowiska idą w parze. Kluczowy wkład dr Ke Xie, dr Hui Zhanga i dr Qinghua Lianga odegrał kluczową rolę w tych badaniach, podkreślając potrzebę zrównoważonych rozwiązań w zakresie emisji CO2 emisji i opowiadanie się za racjonalnym projektowaniem wydajnych jednorodnych elektrokatalizatorów do selektywnego CO2ER w kierunku paliw i surowców odnawialnych.
ODNIESIENIE DO DZIENNIKA
Hui Zhang, Qinghua Liang, Ke Xie, „Jak racjonalnie zaprojektować homogeniczne katalizatory w celu wydajnej elektroredukcji CO2?” iNauka2024. DOI: https://doi.org/10.1016/j.isci.2024.108973
O AUTORACH
Ke Xie jest adiunktem naukowym na Northwestern University. Uzyskał tytuł magistra i licencjata z chemii (fizycznej) na Uniwersytecie w Nanjing pod kierunkiem prof. Zheng Hu. Skończył doktorat. uzyskał tytuł doktora inżynierii chemicznej na Uniwersytecie w Melbourne, gdzie współpracował z prof. Gregiem Qiao i prof. Paulem A. Webleyem, koncentrując się na wychwytywaniu dwutlenku węgla, separacji gazów i nauce o membranach. Ke dołączył do Northwestern University w 2023 r. Jego najnowsze zainteresowania badawcze obejmują bezpośrednie wychwytywanie powietrza, wychwytywanie reaktywne i zelektryzowaną syntezę cząsteczek chemicznych i paliwowych, z podejściem integrującym postęp w projektowaniu procesów, opracowywaniu urządzeń i odkrywaniu materiałów.
Qinghua Liang jest obecnie profesorem w Ganjiang Innovation Academy Chińskiej Akademii Nauk. Po uzyskaniu doktoratu z nauk o materiałach i inżynierii na Uniwersytecie Tsinghua (Chiny) w 2016 r. i ukończeniu stażu podoktorskiego na Uniwersytecie Technologicznym Nanyang (Singapur) w 2019 r. rozpoczął niezależną karierę jako stypendysta Australian Research Council Discovery Early Career Researcher Award na Uniwersytecie w Melbourne (Australia). Jego obecne badania skupiają się na racjonalnym projektowaniu funkcjonalnych materiałów elektrodowych i nowatorskich elektrolitów na potrzeby wydajnych systemów magazynowania i konwersji energii elektrochemicznej.
