新型電催化劑可更高效地生產乙醇

近年來，全世界的研究人員一直在探索生產乙醇的新方法，乙醇是一種廣泛用于各種工業環境的化合物。生產該化合物的一種方法是通過所謂的二氧化碳電還原反應(CO 2 RR)。盡管已經發現該特定反應能夠使CO 2轉化為乙醇，但是所得乙醇的法拉第效率和電流效率通常遠非最佳。法拉第效率實質上是電子轉移所用的電荷效率，并被用于合成所需的化學產物，在這種情況下為乙醇。

多倫多大學研究人員最近發明了一種策略，使CO的更有效的轉換2為乙醇通過脫氧中的CO的抑制2 RR反應。在發表于《自然能源》上的論文中，他們提出使用特定種類的催化劑來生產乙醇，其法拉第效率為(52±1)%，陰極能效為31%。

多倫多大學泰德·薩金特(Ted Sargent)小組的研究人員之一王雪博士(Sue Wang)博士說：“我們的項目的目標是在CO 2 RR反應下提高乙醇的選擇性及其生產率。”研究，告訴TechXplore。“要確定如何選擇有利于乙醇的產品，我們首先需要考慮乙醇和乙烯(其主要競爭產品)之間的分支。”

乙醇和乙烯共有一個中間體衍生物，稱為HOCCH *。通過CO 2 RR反應比乙烯更有利于生產乙醇的關鍵因素是抑制HOCCH *中CO鍵的斷裂。

薩金特教授和他的同事設計了一組催化劑，通過一種稱為濺射沉積的方法，在銅上涂了氮摻雜碳(NC / Cu)。他們設計的催化劑利用了這樣的事實：抑制HOCCH *中的脫氧促進了乙醇的產生，而不是乙烯的產生。

Ted Sargent教授對TechXplore表示：“電子顯微鏡顯示出Cu和NC層之間的間隙寬度通常小于1 nm;這些間隙在CO 2 RR中起納米反應器的作用。” “借助計算和模擬以及原位拉曼和X射線吸收，我們發現NC層的限制在Cu催化劑的頂部提供了強大的給電子能力，并有助于CC偶聯，同時抑制了C的脫氧。中間體HOCCH *轉化為乙烯。”

Sargent教授，Wang博士及其同事設計的NC / Cu催化劑的獨特性能以更有效的方式提高了對乙醇的選擇性。使用這些催化劑，研究人員在156 mA cm -2的分電流密度下以創紀錄的52%的法拉第效率實現了CO 2到乙醇的轉化。

王博士說：“在流通池和膜電極組裝系統中，乙醇的相應陰極能效(EE)和全電池EE分別達到31%和16%。” “因此，我們的研究提供了一個新的平臺，以提高高生產率的CO 2 RR中高能量密度乙醇的選擇性。”

這組研究人員推出的新催化劑可以使大規模大規模生產乙醇更加有效。利用位于多倫多的團隊的電解器方法生產的可再生乙醇具有取代現有生產乙醇的技術的潛力，從而導致具有更大碳足跡的化合物。

當今乙醇的最大應用是作為發動機燃料和內燃機中的燃料添加劑。例如，在美國，E10(10%的乙醇，有時也稱為汽油)和E85(85%的乙醇)乙醇/汽油混合物都被廣泛銷售。結果，今天全球乙醇市場超過$ 30B USD /年。