Zajednički istraživački tim razvio je novi elektrohemijski katalizator koji promoviše konverziju ugljen-dioksida (CO₂) u etilen (C2H4).
Zajedničkim naporima koje predvode profesori Dae-hiun Nam i Ioun-gu Lee sa Odseka za nauku o energiji i inženjerstvo na DGIST-u i profesor Seo-in Back sa Odeljenja za hemijsko i biomolekularno inženjerstvo na Univerzitetu Sogang, istraživački tim je osmislio tehnologiju da se značajno poboljša proizvodnja etilena ugradnjom vitamina C u katalizator redukcije ugljen-dioksida heterogenog sistema.
Ovo se zasniva na zapažanju da prisustvo ugljen-dioksida u vazduhu utiče na nivo vitamina C u voću.
Elektrohemijska redukcija ugljen-dioksida dobija priznanje kao fundamentalna tehnologija za „ekološku energiju“. Ovaj proces ima za cilj smanjenje koncentracije ugljen-dioksida u atmosferi uz stvaranje čistijih izvora buduće energije. Međutim, postojeći elektrohemijski katalizatori se suočavaju sa izazovima u postizanju doslednih katalitičkih performansi u uslovima velike gustine struje.
Ovo ograničenje ometa formiranje esencijalnog intermedijarnog proizvoda, ugljen monoksida, koji igra ključnu ulogu u konverziji etilena. Umesto toga, ovi katalizatori imaju tendenciju da indukuju reakciju za stvaranje vodonika, a ne reakciju redukcije ugljen-dioksida.
Stoga, za besprekornu redukciju ugljen-dioksida, značajno je postizanje stabilnog formiranja međuproizvoda ugljen-monoksida pri visokoj gustini struje kroz elektrohemijski katalizator i promovisanje dimerizacije gde se kombinuju dva intermedijarna proizvoda ugljen-monoksida.
Stoga je istraživački tim na čelu sa profesorom Namom sa DGIST-a osmislio metodu za integrisanje oksidaciono-redukcione reakcije vitamina C u elektrohemijsku redukciju ugljen-dioksida na osnovu fenomena gde se sadržaj vitamina C u voću smanjuje u okruženju sa visokom koncentracijom. ugljen-dioksida.
Istraživački tim je sintetizovao vitamin C sa kvantnim tačkama grafena i proizveo „bakarnu nanožicu koja pojačava vitamin C“ kombinovanjem sintetizovanog materijala sa bakrom. Ovaj pristup je pomogao stabilizaciji vitamina C kroz efekte nano-zatvaranja kvantnih tačaka grafena i omogućio reverzibilnost redukcije oksidacije.
Pored toga, reakcija oksidacije-redukcije vitamina C dosledno je snabdevala elektrone i protone ugljen-dioksidu, promovišući proces dimerizacije i stvarajući međuproizvod ugljen-monoksida. Shodno tome, novorazvijeni katalizator je pokazao 2,9 puta povećanje u proizvodnji etilena u poređenju sa konvencionalnim katalizatorima od bakarnih nanožica.
Štaviše, istraživački tim je identifikovao da vitamin C zatvoren u grafenu optimizuje integraciju međuproizvoda ugljen-monoksida i bakarnog katalizatora kroz Raman spektroskopsku analizu u realnom vremenu i kompjutersku simulaciju. Istraživački tim je takođe identifikovao princip rada katalizatora tako što je potvrdio da se elektroni i protoni mogu isporučiti, što olakšava reakciju redukcije ugljen-dioksida na osnovu jake vodonične veze.
Profesor Nam sa DGIST-a je izjavio: „Ovo istraživanje je stvorilo elektrohemijski katalizator sposoban za proizvodnju etilena velikih razmera kroz redukciju ugljen-dioksida i otkrilo je novi mehanizam reakcije. Očekuje se da će ova tehnologija igrati ključnu ulogu u postizanju neutralnosti ugljenika transformacijom ugljen-dioksida. — glavni doprinosilac globalnog zagrevanja — u jedinjenje visoke vrednosti.“
Rad je objavljen u časopisu Nature Communications.
