Les scientifiques du NUS ont découvert un nouveau mécanisme de réduction électrochimique sélective du dioxyde de carbone (CO 2 ) en éthanol à l'aide de catalyseurs composites cuivre-argent (Cu-Ag).

Réduction électrochimique du CO 2 aux carburants et produits chimiques, lorsqu'il est alimenté par de l'électricité renouvelable, est un pas en avant dans la réduction des émissions de carbone. Les matériaux cuivre (Cu) sont des catalyseurs de choix pour ce procédé car ils ont les activités électrochimiques les plus élevées vis-à-vis des produits multi-carbone. Cependant, leur sélectivité envers l'éthanol (C 2 H 5 OH), un combustible précieux et une matière première chimique, est toujours plus faible que vers l'éthylène (C 2 H 4 ). La préférence pour la production d'éthylène par rapport à l'éthanol provient du mécanisme de dimérisation du CO pour la production de C 2 molécules de CO 2 , où la formation d'éthylène, qui a une barrière énergétique plus faible, est préféré à l'éthanol.

Une équipe de recherche dirigée par le professeur Yeo Boon Siang, Jason du département de chimie de NUS, en collaboration avec une équipe dirigée par le Dr Federico Calle-Vallejo de l'Université de Barcelone, a montré qu'un afflux de molécules de CO, fournis par des co-catalyseurs à l'argent (Ag), active une voie mécanique autrement verrouillée sur Cu qui convertit le CO 2 du gaz en éthanol.

Une série de catalyseurs composites Cu-Ag, fabriqué à partir d'un mélange de nanofils de Cu dérivés d'oxyde et de poudres d'Ag, ont été testés pour leur CO électrochimique 2 activités de réduction. Pendant le CO 2 réduction, L'Ag convertit le CO 2 en CO et ces molécules de CO migrent vers les sites actifs de Cu pour une réduction supplémentaire en hydrocarbures (éthylène) et alcools (éthanol). Les chercheurs ont fait varier le rapport Ag/Cu et la taille des particules d'Ag dans les composites pour augmenter l'afflux de CO de l'Ag vers les sites actifs sur le matériau Cu. Les résultats expérimentaux ont montré que l'afflux accru de CO a augmenté la production d'éthanol jusqu'à cinq fois, avec peu d'impact sur la production d'éthylène. Des simulations théoriques sur le mécanisme réactionnel montrent qu'au lieu de l'étape CO+CO qui conduit à la formation d'éthylène, le CO+CH X était l'étape dominante de formation de liaison C-C à l'interface Cu-Ag. L'éthanol était le seul produit lorsque la réaction se déroule à travers le CO + CH X étape, qui s'est avéré se produire sur des sites actifs différents de ceux qui ont facilité la formation d'éthylène via l'étape CO+CO.

D'autres plans découlant de cette découverte par l'équipe de recherche comprennent la maximisation des sites actifs grâce à la conception de catalyseurs et à une production à plus grande échelle en utilisant une configuration de cellule à écoulement à haut débit.

Le professeur Yeo a dit, "Le concept selon lequel une voie précédemment fermée peut être ouverte par un afflux d'intermédiaires, comme le montre ce travail, ouvre de nouvelles possibilités pour découvrir de nouveaux mécanismes synthétiques qui pourraient auparavant être inaccessibles."