Kao ključni deo tehnologije hvatanja, korišćenja i skladištenja ugljenika (CCUS), reakcija redukcije CO 2 (CO 2 RR) na goriva i hemikalije na bazi ugljenika predstavlja široku primenu u skladištenju obnovljive energije i negativnoj emisiji CO 2.
Nedavno je tim predvođen prof. Song Lijem i pomoćnim istraživačem He Kun-om iz Nacionalne laboratorije za sinhrotronsko zračenje Univerziteta nauke i tehnologije Kine (USTC) Kineske akademije nauka (CAS) izneo novo razumevanje mehanizma CO 2 RR na jednoatomskim mestima nikla (Ni). Njihova studija pod nazivom „Asimetrična jednoatomska mesta nikla koordinisane sa azotom za efikasnu elektroredukciju CO 2“ objavljena je u časopisu Nature Communications.
Idealan CO 2 RR katalizator zahteva nizak prepotencijal i visoku gustinu struje za proizvode. Međutim, bivši katalizatori se odlikuju visokim troškovima i malom gustinom struje, kao što su zlato (Au) i srebro (Ag), obično pokazuju mnogo veće prepotencijale od Au i Ag, kao što su Fe, Co ili Ni, što ograničava efikasnost reakcije.
Zbog toga je imperativ da se razviju preveliki potencijali niske, visoke gustine struje, bogati 3d katalizatori na bazi metala koji će zameniti katalizatore plemenitih metala za CO 2 RR. Da bi se pozabavili tim izazovima, istraživači su predložili asimetrični nikl sa jednim atomom katalizatora koordinisanog sa azotom (Ni-N-C). Korišćenjem nezasićenih i asimetričnih karakteristika mesta, postiže se strukturna samooptimizacija tokom elektrohemijskog procesa, čime se povećava intrinzična aktivnost mesta u CO 2 RR.
U studiji, tim je dizajnirao i sintetizovao Ni-N-C koji sadrži koordinaciju azota (piridinski i pirolni azot), a zatim ga je koristio za reakcije elektroredukcije CO 2 u neutralnim i alkalnim medijima. Spektri apsorpcije rendgenskih zraka i emisioni spektri sinhrotronskog zračenja otkrili su lokalnu koordinacionu strukturu Ni mesta u katalizatoru. Rezultati elektrohemijskog ispitivanja su pokazali da Ni-N-C katalizator može da postigne veoma visoke elektrohemijske performanse i u neutralnim (ćelija tipa H) i u alkalnim (gasna difuziona elektroda, GDE) elektrolitima.
Naročito u alkalnim uslovima, katalizator bi mogao da postigne parcijalnu gustinu struje CO od 20,1 mA cm geo -2 na -0,15 V u odnosu na reverzibilnu vodoničnu elektrodu (V RHE), Faradaevu efikasnost od preko 90% za CO u opsegu potencijala od -0,15 do -0,9 V RHE , i visoka frekvencija obrtanja (TOF) od preko 274 000 lokacija -1 h -1 na -1,0 V RHE , nadmašujući većinu prijavljenih katalizatora.
Ova studija nudi novo razumevanje uloge katalizatora u reakciji elektroredukcije CO 2 i obećava da će baciti novo svetlo na buduće tehnologije smanjenja CO 2.
