世界各地的研究小组正在开发将二氧化碳 (CO 2 ) 转化为工业应用原材料的技术。大多数工业相关条件下的实验都是使用非均相电催化剂进行的，即与反应物质处于不同化学相的催化剂。然而，与反应物处于同一相的均相催化剂通常被认为更有效且更具选择性。迄今为止，还没有任何装置可以在工业条件下测试均相催化剂。由来自波鸿鲁尔大学和奥伯豪森弗劳恩霍夫环境、安全和能源技术研究所的 Kevinjeorjios Pellumbi 和 Ulf-Peter Apfel 教授领导的团队现已缩小了这一差距。研究人员在《Cell Press Physical Science 》杂志上概述了他们的发现。该文章于 2023 年 12 月 13 日印刷发表。
“我们的工作旨在突破技术界限，建立有效的 CO 2 转化解决方案，将破坏气候的气体转化为有用的资源，”Ulf-Peter Apfel 说道。他的团队与林茨约翰开普勒大学的 Wolfgang Schöfberger 教授和柏林弗里茨哈伯研究所的研究人员领导的团队合作。
高效、持久稳定
该团队探索了利用电催化转化CO 2的方法 。在此过程中，电压源提供电能，电能通过电极输送到反应系统并驱动电极处的化学转化。催化剂促进反应;在均相电催化中，催化剂通常是溶解的金属络合物。在所谓的气体扩散电极中，起始材料CO 2 流过电极，催化剂将其转化为一氧化碳。后者又是化学工业中的常见原材料。
研究人员将金属络合物催化剂集成到电极表面，但没有通过化学方式将其结合到电极表面。他们表明，他们的系统可以有效地转化 CO 2：它产生的电流密度超过每平方厘米 300 毫安。此外，该系统在100多个小时内保持稳定，没有出现任何腐烂的迹象。
无需固定催化剂
所有这些意味着均相催化剂通常可用于电解池。“然而，它们确实需要特定的电极成分，”Ulf-Peter Apfel 强调。更具体地说，电极必须能够在没有溶剂的情况下直接进行气体转化，以便催化剂不会从电极表面浸出。与专业文献中经常描述的相反，不需要将催化剂化学耦合到电极表面的载体材料。
Apfel 总结道：“我们的研究结果开启了在电化学过程的应用场景中测试和集成高性能且易于可变的均相电催化剂的可能性。”
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