نجح العلماء في تحسين كفاءة وثبات اختزال ثاني أكسيد الكربون إلى إيثانول باستخدام مكعبات النحاس النانوية المطلية بأكسيد الزنك. يوفر هذا النهج المبتكر طريقة مستدامة وفعالة من حيث التكلفة لإنتاج الإيثانول من ثاني أكسيد الكربون.
أظهرت دراسة جديدة أن العلماء نجحوا في استخدام مزيج من أكسيد النحاس والزنك لتحسين القدرة على تقليل ثاني أكسيد الكربون إلى الإيثانول بشكل تحفيزي. تقليديًا، اعتمدت هذه العملية فقط على المحفزات القائمة على النحاس في ظل ظروف تفاعل ثابتة، والتي لا تضمن الانتقائية المثلى للإيثانول. يقدم CORR النبضي بديلاً واعدًا عن طريق تغيير هذه الظروف، لكن استقرار المحفز قد يتأثر ببيئة تفاعل أكثر قسوة، مما يؤثر سلبًا على أدائه.
تسلط هذه الدراسة الجديدة الضوء على فوائد استخدام تقنية تقليل ثاني أكسيد الكربون الكهروكيميائي النبضي (CO2RR). بالإضافة إلى ذلك، وجد الفريق أنه من خلال إضافة غلاف أكسيد الزنك إلى مكعبات أكسيد النحاس النانوية، يمكنهم زيادة إنتاج الإيثانول مع تقليل المنتجات الثانوية غير المرغوب فيها مثل الهيدروجين.
خاصة في إنتاج الإيثانول، يمكن الحصول على نتائج مماثلة أو حتى أفضل باستخدام محفزات النحاس النقي، ولكن متطلبات ظروف التفاعل تقل بشكل كبير. في الماضي، أثناء اختزال ثاني أكسيد الكربون النبضي، تسببت عملية أكسدة المحفز في فقدان ذرات النحاس من خلال الأكسدة والذوبان في الوسط السائل (المنحل بالكهرباء)، وبالتالي تقليل فعالية المحفز.
وبدلاً من ذلك، تكشف هذه الدراسة أنه يمكن تصميم محفزات كهربائية أكثر متانة عن طريق ترسيب طبقة من أكسيد الزنك على مكعبات النحاس النانوية. عند استخدام هذا المحفز الجديد، فإن مكون الزنك هو الذي يتأكسد بشكل أساسي، وليس النحاس، وبالتالي الحفاظ على سلامة وكفاءة المحفز.
وبالتالي فإن هذا النهج المبتكر يزيد من عمر المحفز نفسه، في ظل ظروف التفاعل الديناميكي الأمثل لإنتاج منتجات الكحول. يتم الحصول على المعلومات التفصيلية حول بنية وتكوين المواد الحفزية المطلوبة لتحسينها عن طريق تشغيل مطيافية رامان، وهي طريقة تتمتع بحساسية عالية للغاية في الكشف عن وسيط التفاعل الممتز.
لا تدعم هذه النتيجة فقط الفرضية القائلة بأن حالة أكسدة المعدن تلعب دورًا رئيسيًا في التفاعل وأن المواد المتفاعلة النشطة يتم إنتاجها أثناء التحفيز، ولكنها توضح أيضًا طريقة محتملة لتحسين الانتقائية وكفاءة اختزال ثاني أكسيد الكربون إلى الإيثانول. يمثل هذا خطوة مهمة إلى الأمام في البحث عن حلول الطاقة المستدامة، مما يوفر طريقة خضراء وفعالة من حيث التكلفة لإنتاج الإيثانول وأنواع الوقود الأخرى من ثاني أكسيد الكربون.
تعمل مكعبات النانو والنحاس والزنك على تحسين كفاءة ومتانة تحويل ثاني أكسيد الكربون إلى الإيثانول. يوفر هذا النهج حلاً مستدامًا لإنتاج الإيثانول مع الحفاظ على أداء المحفز.
تم تجميعها من /ScitechDaily