Een spectaculaire opname van een elektrokatalysator die bijzonder gedrag vertoont. Gedurende de CO2-reductiereactie slagen de piepkleine tindeeltjes erin om hun prestaties te verbeteren dankzij een nano-gestructureerde koolstofdrager. Het geheim: de deeltjes worden gaandeweg nóg kleiner.
De zoektocht naar manieren om CO2 efficiënt te gebruiken als koolstofbron is in volle gang. Veel van deze projecten concentreren zich op het vinden van nieuwe (elektro)katalysatoren voor de reductie van CO2. In ACS Applied Energy Materials presenteren onderzoekers van de universiteiten van Nottingham en Birmingham hun nieuwste aanwinst: een combinatie van tindeeltjes op nano-gestructureerde koolstofvezels.
[Lees verder onder de foto]
Volgens het team zorgen de interacties tussen de graphitised koolstofvezels en de tindeeltjes voor de hoge prestaties van hun katalysator. In het begeleidende persbericht, zegt Madasamy Tanghamutu, onderzoeker aan de Universiteit van Nottingham: ‘een succesvolle elektrokatalysator moet een sterke binding aangaan met het CO2 en efficiënt elektronen kunnen injecteren om de chemische bindingen te verbreken. We ontwikkelden een nieuw type koolstofelektrode die graphitised nanovezels waarvan de structuur veel gebogen oppervlakken en hoeken om de interactie met de tindeeltjes te bevorderen.’
Een ander kenmerk van de katalysator is de verrassende toename in activiteit tijdens het gebruik. ‘We kunnen de prestaties van de katalysator bepalen door het meten van de elektrische stroom die wordt verbruikt door de reagerende CO2-moleculen. Normaal gesproken treedt slijtage op, waardoor de katalytische activiteit afneemt. Verrassend genoeg zagen we hier dat de stroomsterkte door de tindeeltjes gedurende 48 uur steeds toenam. Analyse van de reactieproducten bevestigde dat bijna alle elektronen werden gebruikt om CO2 te reduceren tot formiaat, waardoor de productiviteit met een factor 3,6 toenam met een behoud van bijna 100% selectiviteit’, aldus eerste auteur Tom Burwell van de Universiteit van Nottingham.
Elektronenmicroscopieanalyse van de katalysator toonde aan dat de tinmicrodeeltjes tijdens de CO2-reductie verder afbreken tot nanodeeltjes van slechts 3 nm. En dat resulteert in dit opmerkelijke zelfoptimalisatiegedrag. Burwell: ‘We ontdekten dat kleinere tindeeltjes beter contact maken met de nano-gestructureerde koolstofvezels van de elektrode, waardoor het elektronentransport verbeterde en het aantal actieve tindeeltjes bijna vertienvoudigde.’
Tom Burwell, et al., In situ transformation of tin microparticles to nanoparticles on nanotextured carbon support boosts the efficiency of the electrochemical CO2 reduction, ACS Applied Energy Materials (2025), doi:10.1021/acsaem.4c02830
Nog geen opmerkingen