世界各地的研究小組正在開發將二氧化碳 (CO 2 ) 轉化為工業應用原材料的技術。大多數工業相關條件下的實驗都是使用非均相電催化劑進行的，即與反應物質處于不同化學相的催化劑。然而，與反應物處于同一相的均相催化劑通常被認為更有效且更具選擇性。迄今為止，還沒有任何裝置可以在工業條件下測試均相催化劑。由來自波鴻魯爾大學和奧伯豪森弗勞恩霍夫環境、安全和能源技術研究所的 Kevinjeorjios Pellumbi 和 Ulf-Peter Apfel 教授領導的團隊現已縮小了這一差距。研究人員在《Cell Press Physical Science 》雜志上概述了他們的發現。該文章于 2023 年 12 月 13 日印刷發表。

“我們的工作旨在突破技術界限，建立有效的 CO 2 轉化解決方案，將破壞氣候的氣體轉化為有用的資源，”Ulf-Peter Apfel 說道。他的團隊與林茨約翰開普勒大學的 Wolfgang Schöfberger 教授和柏林弗里茨哈伯研究所的研究人員領導的團隊合作。

高效、持久穩定

該團隊探索了利用電催化轉化CO 2的方法 。在此過程中，電壓源提供電能，電能通過電極輸送到反應系統并驅動電極處的化學轉化。催化劑促進反應;在均相電催化中，催化劑通常是溶解的金屬絡合物。在所謂的氣體擴散電極中，起始材料CO 2 流過電極，催化劑將其轉化為一氧化碳。后者又是化學工業中的常見原材料。

研究人員將金屬絡合物催化劑集成到電極表面，但沒有通過化學方式將其結合到電極表面。他們表明，他們的系統可以有效地轉化 CO 2：它產生的電流密度超過每平方厘米 300 毫安。此外，該系統在100多個小時內保持穩定，沒有出現任何腐爛的跡象。

無需固定催化劑

所有這些意味著均相催化劑通常可用于電解池。“然而，它們確實需要特定的電極成分，”Ulf-Peter Apfel 強調。更具體地說，電極必須能夠在沒有溶劑的情況下直接進行氣體轉化，以便催化劑不會從電極表面浸出。與專業文獻中經常描述的相反，不需要將催化劑化學耦合到電極表面的載體材料。

Apfel 總結道：“我們的研究結果開啟了在電化學過程的應用場景中測試和集成高性能且易于可變的均相電催化劑的可能性。”