L'énergie électrique dérivée de sources renouvelables pourrait être utilisée pour réorganiser les liaisons en dioxyde de carbone (CO 2 ) et des molécules d'eau en hydrocarbures complexes, qui peut ensuite être brûlé pour produire de l'énergie nouvelle et du CO 2 , permettant à terme un cycle du carbone. Le cuivre est un matériau catalytique qui s'est avéré prometteur pour permettre ce processus et faciliter le CO 2 réaction d'électroréduction (CO 2 RR).

Deux éléments clés pour essayer de comprendre les paramètres contrôlant le CO 2 La réaction RR est une structure de surface bien définie et une composition de matériau connue. Des études théoriques et expérimentales antérieures ont montré que la voie de couplage C―C pour générer de l'éthylène est favorisée à la surface de Cu (100).

Plus récemment, les chercheurs ont remarqué le rôle catalytique clé joué par Cu ⁺ et l'oxygène souterrain pour la production d'hydrocarbures en C2-C3 et d'alcool. Cependant, stabiliser le cuivre dans les conditions nécessaires au CO 2 réaction d'électroréduction (CO 2 RR) à avoir lieu s'est jusqu'à présent avéré très difficile.

Chercheurs de l'Institut Fritz-Haber, membre de la Max-Plank Society à Berlin, ont réalisé une étude visant à stabiliser le Cu(I), cuivre à l'état d'oxydation 1+, afin de mieux comprendre son rôle dans le CO 2 réaction RR. Dans un article récent, Publié dans Énergie naturelle , ils ont signalé une efficacité accrue dans la production d'éthanol à l'aide de cuivre, obtenu en ajustant la structure et l'état d'oxydation des catalyseurs Cu (I).

"Jusque là, la stabilisation des espèces Cu(I) sous CO 2 les conditions de réduction s'avèrent très difficiles, " Beatriz Roldan Cuenya, l'un des chercheurs qui a mené l'étude, a déclaré TechXplore. "L'objectif principal de notre étude était de pouvoir générer des espèces Cu(I) et de les stabiliser transitoirement sur une surface bien définie, pour ensuite étudier leur impact sur le CO 2 Sélectivité des produits RR."

Dans leur étude, Roldan Cuenya et ses collègues ont ajusté la structure et l'état d'oxydation des catalyseurs au cuivre à l'aide d'une technique connue sous le nom d'électrolyse pulsée. Cette technique leur a permis de concevoir une séquence de potentiel pulsé, qui a permis le réglage simultané de la structure de surface et de la composition des catalyseurs Cu pendant le CO 2 réaction RR.

Les chercheurs ont surveillé les changements dans la structure du catalyseur ainsi que l'état chimique de sa surface. Cela a finalement conduit à de nouvelles découvertes intéressantes sur les mécanismes par lesquels les catalyseurs au cuivre permettent la génération d'hydrocarbures via le CO 2 réaction RR.

"Nos résultats suggèrent que la combinaison de (100) domaines, sites de défauts, et surface Cu 2 O est la meilleure configuration pour améliorer le CO 2 Voie de réaction RR menant à C 2+ des produits, " expliqua Roldan Cuenya. " En particulier, une sélectivité accrue en éthanol pourrait être liée à la coexistence de Cu(I) et de Cu ⁰ espèce, tandis que le rendement en éthylène était dominé par la longueur des terrasses de Cu (100).

La récente étude menée par cette équipe de chercheurs a rassemblé de nouvelles découvertes intéressantes qui mettent en lumière le rôle des catalyseurs au cuivre dans la facilitation de la conversion électrochimique du CO 2 . À l'avenir, la technique utilisée par Roldan Cuenya et ses collègues pourrait être utilisée pour régler des interfaces électrochimiques avec des structures et des compositions de surface contraintes, afin qu'ils puissent être utilisés pour produire sélectivement C 2 des produits.

« Dans nos prochaines études, aimerait explorer l'effet de la régénération continue des espèces Cu(I) sur d'autres orientations de surface et enfin appliquer ce protocole pulsé à d'autres systèmes nanoparticulaires visant des applications plus pratiques dans de vrais électrolyseurs, ", a déclaré Roldan Cuenya.

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