Chất xúc tác mới điện hóa CO2 thành sản phẩm carbon

Trong một báo cáo khoa học được công bố trên Tạp chí Nature Energy, PGS.TS Zhenxing Feng thuộc Đại học Kỹ thuật OSU và các đồng nghiệp tại Đại học Khoa học và Công nghệ Phương Nam ở Trung Quốc, Đại học Stanford giới thiệu một loại chất xúc tác điện hóa mới có thể thúc đẩy một cách chọn lọc phản ứng hóa khử CO2 để tạo ra sản phẩm mong muốn - carbon monoxide.

Khác với với phương pháp khử CO2 truyền thống, tạo ra phản ứng hóa học với nhiệt độ cao với nhu cầu năng lượng lớn, phản ứng điện hóa khử CO2 có thể được thực hiện trong nhiệt độ phòng, sử dụng bằng dung dịch lỏng".

Vòng tròn tuần hoàn quy trình chuyển hóa CO2 thành nhiên liệu và các sản phẩm có ích trong điều kiện nhiệt độ phòng.

Phản ứng khử nghĩa là một trong những nguyên tử tham gia nhận thêm một hoặc nhiều electron. Trong quá trình khử carbon dioxide bằng điện hóa, những chất xúc tác nano kim loại cho thấy có khả năng khử CO2 thành một sản phẩm carbon có lựa chọn cụ thể.

Kiểm soát cấu trúc nano có ý nghĩa quan trọng trong cơ chế phản ứng và tối ưu hóa hiệu suất chất xúc tác nano để có được các sản phẩm cụ thể như carbon monoxide, axit formic hoặc metan, rất quan trọng trong những quy trình sản xuất và sản phẩm hóa học khác nhau.

TS Feng cho biết, do trong quá trình điện hóa có nhiều loại phản ứng xảy ra, tạo thành nhiều sản phẩm khác nhau, các phản ứng khử carbon dioxide trước đây có độ chọn lọc và hiệu suất rất thấp.

 Nhóm các nhà khoa học đã sử dụng niken phthalocyanin (NiPc) như một chất xúc tác điện thiết kế phân tử, cho thấy hiệu quả điện hóa vượt trội với mật độ dòng điện cao chuyển hóa CO2 thành carbon monoxit trong thiết bị điện cực khuếch tán khí, hoạt động ổn định kéo dài trong 40 giờ.

Để hiểu cơ chế phản ứng của chất xúc tác, nhóm khoa học quốc tế tại OSU sử dụng phương pháp quang phổ hấp thụ tia X theo dõi sự thay đổi của chất xúc tác trong quá trình phản ứng, xác định vai trò của chất xúc tác trong phản ứng điện hóa.

Công trình nghiên cứu hợp tác này cho thấy, chất xúc tác có hiệu suất cao trong quy trình phản ứng điện hóa khử CO2 thân thiện môi trường. Thành quả này làm rõ được cơ chế phản ứng chất xúc tác mà nhóm khoa học phát triển có thể định hướng phát triển trong tương lai những thiết bị chuyển hóa năng lượng khi chúng ta đang nỗ lực hướng tới một nền kinh tế không có dioxide carbon.