Elektrochemische Reduktion von Kohlendioxid zu Ethanol

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NUS Wissenschaftler haben einen neuen Mechanismus für die selektive elektrochemische Reduktion von Kohlendioxid (CO2) zu Ethanol unter Verwendung von Kupfer-Silber (Cu-Ag)-Kompositkatalysatoren entdeckt.Die elektrochemische Reduktion von CO2 in Brennstoffen und Chemikalien ist ein Fortschritt bei der Verringerung der Kohlenstoffemissionen, wenn diese mit erneuerbarer Elektrizität betrieben werden.

Kupfer (Cu)-Materialien sind die bevorzugten Katalysatoren für diesen Prozess, da sie die höchsten elektrochemischen Aktivitäten gegenüber Multi-Kohlenstoff-Produkten aufweisen.

Ihre Selektivität gegenüber Ethanol (C2H5OH), einem wertvollen Kraftstoff und chemischen Ausgangsstoff, ist jedoch immer geringer als gegenüber Ethylen (C2H4).

Die Bevorzugung der Produktion von Ethylen gegenüber Ethanol ergibt sich aus dem Mechanismus der CO-Dimerisierung zur Herstellung von C2-Molekülen aus CO2, bei der die Bildung von Ethylen, das eine niedrigere Energiebarriere aufweist, gegenüber Ethanol begünstigt wird.Ein Forschungsteam unter der Leitung von Prof.

Yeo Boon Siang, Jason vom Fachbereich Chemie an der NUS, hat in Zusammenarbeit mit einem Team unter der Leitung von Dr.

Federico Calle-Vallejo von der Universität Barcelona gezeigt, dass ein Zustrom von CO-Molekülen, die von Silber(Ag)-Cokatalysatoren bereitgestellt werden, einen anderweitig verschlossenen mechanistischen Pfad auf Cu aktiviert, der CO2-Gas in Ethanol umwandelt.Eine Reihe von Cu-Ag-Verbundkatalysatoren, die aus einer Mischung von oxidischen Cu-Nanodrähten und Ag-Pulvern hergestellt wurden, wurden auf ihre elektrochemischen CO2-Reduktionsaktivitäten getestet.

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Bei der CO2-Reduktion wandelt Ag CO2 in CO um, und diese CO-Moleküle wandern zu den aktiven Cu-Stellen, wo sie weiter zu Kohlenwasserstoffen (Ethylen) und Alkoholen (Ethanol) reduziert werden.

Die Forscher variierten das Ag/Cu-Verhältnis und die Ag-Partikelgrößen in den Verbundwerkstoffen, um den CO-Zufluss von Ag zu den aktiven Stellen auf dem Cu-Material zu erhöhen.

Die Versuchsergebnisse zeigten, dass der erhöhte CO-Zufluss die Ethanolproduktion um bis zum Fünffachen steigerte, mit nur geringen Auswirkungen auf die Ethylenproduktion.

Theoretische Simulationen zum Reaktionsmechanismus zeigen, dass anstelle des CO+CO-Schrittes, der zur Ethylenbildung führt, die….

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