Kërkuesit kanë zhvilluar një katalizator të qëndrueshëm që rrit aktivitetin e tij gjatë përdorimit, duke konvertuar dioksidin e karbonit (CO₂) në produkte të vlefshme. Ky zbulim ofron një plan për projektimin e elektrokatalizatorëve të ardhshëm.
Një ekip bashkëpunues nga Shkolla e Kimiisë e Universitetit të Nottingham dhe Universiteti i Birmingham ka zhvilluar një katalizator të përbërë nga mikropjesëza plumbi të mbështetura nga një strukturë karbonike me teksturë nanoteksuese. Interaksionet midis pjesëzave të plumbit dhe nanofibrave të karbonit të grafitizuar luajnë një rol kritik në transferimin e elektroneve nga elektrodi i karbonit tek molekulat e CO₂ — një hap thelbësor për konvertimin e CO₂ në format nën një potencial elektrik të aplikuar.
Rezultatet e këtij hulumtimi janë botuar në *ACS Applied Energy Materials*.
CO₂ është kontribuesi kryesor në ngrohjen globale. Ndërsa CO₂ mund të konvertohet në produkte të dobishme, metodat tradicionale termale zakonisht mbështeten në hidrogjenin që merret nga karburantet fosile. Prandaj, është e nevojshme të zhvillohen metoda alternative si elektrokataliza, e cila përdor burime energjie të qëndrueshme, si fotovoltaikët dhe energjia e erës, si dhe disponueshmëria e madhe e ujit si burim hidrogjeni.
Në elektrokatalizë, aplikimi i një potenciali elektrik në katalizator shtyn elektronet përmes materialit për t’u reaguar me CO₂ dhe ujë, duke prodhuar komponime të vlefshme. Një nga këto produkte, formati, përdoret gjerësisht në sintezën kimike të polimerëve, ilaçeve, ngjitësve dhe më shumë. Për efikasitet optimal, ky proces duhet të operojë në potencial të ulët, duke ruajtur dendësinë e lartë të rrymës dhe selektivitetin, duke siguruar përdorimin efikas të elektronëve për të konvertuar CO₂ në produktet e dëshiruara.
Dr. Madasamy Thangamuthu, një hulumtues në Universitetin e Nottingham që udhëhoqi ekipin hulumtues, tha: “Një elektrokatalizator i suksesshëm duhet të lidhet fort me molekulën e CO₂ dhe të injektojë elektrone në mënyrë efikase për të thyer lidhjet kimike të saj. Ne zhvilluam një lloj të ri elektrodi karboni që inkorporon nanofibra të grafitizuara me teksturë nanometrike, që ka sipërfaqe të lakuara dhe kënde hapësirash për të përmirësuar interaksionin me pjesëzat e plumbit.”
Tom Burwell, një asistent kërkimor në Universitetin e Nottingham, ndërmori punën ndërsa studioi në Qendrën për Trajnim Doktorature në Kiminë e Qëndrueshme. Ai zhvilloi qasjen dhe kryen punën eksperimentale, duke thënë: “Ne mund të vlerësojmë performancën e katalizatorit duke matur rrymën elektrike që konsumohet nga molekulat e CO₂ që reagojnë. Zakonisht, katalizatorët degradohen gjatë përdorimit, duke rezultuar në ulje të aktivitetit.
“Për habi, ne vëzhguam që rryma që kalon përmes plumbit në karbonin me teksturë nanoteksuese rritej vazhdimisht për 48 orë. Analiza e produkteve të reaksionit konfirmoi se pothuajse të gjitha elektronet u përdorën për të reduktuar CO₂ në format, duke rritur produktivitetin me një faktor prej 3.6, ndërkohë që ruajtën selektivitetin pothuajse 100%.”
Kërkuesit lidhën këtë vetë-optimizim me shpërbërjen e mikropjesëzave të plumbit në nanopjesëza, deri në 3 nm, gjatë reaksionit të reduktimit të CO₂. Tom Burwell shpjegoi, “Duke përdorur mikroskopinë elektronike, ne gjetëm se pjesëzat më të vogla të plumbit arritën kontakt më të mirë me karbonin me teksturë nanoteksuese të elektrodës, duke përmirësuar transportin e elektronëve dhe duke rritur numrin e qendrave aktive të plumbit gati dhjetë herë.”
Ky ndryshim transformues dallon ndjeshëm nga studimet e mëparshme, ku ndryshimet strukturore në katalizatorë shpesh shihen si të dëmshme. Në vend të kësaj, mbështetja e projektuar me kujdes në katalizatorin e zhvilluar nga ekipi i Nottingham i lejon adaptimin dinamik të plumbit dhe përmirësimin e performancës.
Profesori Andrei Khlobystov, Shkolla e Kimiisë, Universiteti i Nottingham, tha: “CO₂ është jo vetëm një gaz i njohur serë, por gjithashtu një lëndë e parë e vlefshme për prodhimin e kimikateve. Pasojë, projektimi i katalizatorëve të rinj nga materiale të bollshme si karboni dhe plumbi është jetik për konvertimin e qëndrueshëm të CO₂ dhe arritjen e objektivit të emisioneve zero të Britanisë së Madhe. Katalizatorët tanë gjithashtu duhet të mbeten aktivë gjatë përdorimit afatgjatë për të siguruar vlerën më të mirë.”
Ky zbulim shënon një ndryshim të rëndësishëm në kuptimin e projektimit të mbështetjeve për elektrokatalizën. Duke kontrolluar me saktësi ndërveprimin midis katalizatorëve dhe mbështetjeve të tyre në nanoskalë, ekipi ka hedhur bazat për katalizatorë jashtëzakonisht selektivë dhe të qëndrueshëm për të konvertuar CO₂ në produkte të vlefshme.
