Les chercheurs de KAIST ont développé un catalyseur nanostructuré hiérarchiquement poreux tridimensionnel (3-D) avec du dioxyde de carbone (CO 2 ) en monoxyde de carbone (CO) taux de conversion jusqu'à 3,96 fois supérieur à celui des catalyseurs à l'or nanoporeux conventionnels. Ce nouveau catalyseur permet de surmonter les limitations existantes du transport de masse qui a été une cause majeure de diminution du CO 2 taux de conversion, porteur d'une forte promesse pour la conversion électrochimique à grande échelle et rentable du CO 2 en produits chimiques utiles.

En tant que CO 2 les émissions augmentent et les combustibles fossiles s'épuisent dans le monde, réduire et convertir le CO 2 à l'énergie propre électrochimiquement a attiré beaucoup d'attention en tant que technologie prometteuse. Surtout du fait que le CO 2 la réaction de réduction se produit de manière compétitive avec les réactions de dégagement d'hydrogène (HER) à des potentiels redox similaires, le développement d'un électrocatalyseur efficace pour le CO sélectif et robuste 2 Les réactions de réduction sont restées un enjeu technologique clé.

L'or (Au) est l'un des catalyseurs les plus couramment utilisés dans le CO 2 réactions de réduction, mais le coût élevé et la rareté de l'Au posent des obstacles pour les applications commerciales de masse. Le développement de nanostructures a été largement étudié comme une approche potentielle pour améliorer la sélectivité des produits cibles et maximiser le nombre de sites stables actifs, améliorant ainsi l'efficacité énergétique.

Cependant, les nanopores des nanostructures complexes précédemment rapportées étaient facilement bloqués par des bulles de CO gazeux lors de réactions aqueuses. Les bulles de CO gênaient le transport de masse des réactifs à travers l'électrolyte, résultant en un faible taux de CO 2 taux de conversion.

Dans l'étude publiée dans le Actes de l'Académie nationale des sciences des États-Unis ( PNAS ) le 4 mars, un groupe de recherche du KAIST dirigé par le professeur Seokwoo Jeon et le professeur Jihun Oh du département des sciences et de l'ingénierie des matériaux a conçu une nanostructure en Au hiérarchiquement poreuse en 3D avec deux tailles différentes de macropores et de nanopores. L'équipe a utilisé des techniques de nanopatterning à champ de proximité (PnP) et de galvanoplastie qui sont efficaces pour fabriquer les nanostructures 3-D bien ordonnées.

La nanostructure proposée, constitué de canaux macroporeux interconnectés de 200 à 300 nanomètres (nm) de large et de nanopores de 10 nm, induit un transport de masse efficace à travers les canaux macroporeux interconnectés ainsi qu'une sélectivité élevée en produisant des sites stables hautement actifs à partir de nombreux nanopores.

Par conséquent, ses électrodes présentent une sélectivité élevée en CO de 85,8 % à une faible surtension de 0,264 V et une activité de masse efficace jusqu'à 3,96 fois supérieure à celle des électrodes en Au nanoporeux désallié.

"Ces résultats devraient résoudre le problème du transfert de masse dans le domaine des réactions électrochimiques similaires et peuvent être appliqués à un large éventail d'applications d'énergie verte pour l'utilisation efficace des électrocatalyseurs, ", ont déclaré les chercheurs.