Karbondioksiti, Su ve Elektrik Kullanarak Karbonmonoksite Dönüştürme

Araştırmacılar, elektrokatalizörlerin su ve elektriği kullanarak karbondioksiti nasıl karbonmonoksit haline getirebileceklerini belirlediler. Bu bulgu, karbonmonoksit ve hidrojen karışımı olan sentetik gazın büyük ölçekli üretimi için verimli elektrokatalizörlerin geliştirilmesine yol açabilir.

Kimya mühendiliği bölümü öğretim üyesi ve aynı zamanda Ulusal Bilimler Akademisi Bildiriler Kitabı’nın baş yazarı olan Meenesh Singh, “Karbondioksitin yakıtlara elektrokimyasal olarak indirgenmesi önemli bir konudur çünkü rüzgar ve güneş radyasyonu gibi enerji kaynaklarından elektrik bağını, kimyasal bağlar şeklinde depolamak için bir araç sunmaktadır” diye açıklıyor.

Singh, Berkeley Kaliforniya Üniversitesi’ndeki doktora sonrası araştırması sırasında yapay fotosentez üzerine çalıştı ve güneş ışığına doğrudan maruz bırakıldığında karbondioksiti yakıtlara dönüştürme yeteneğine sahip yapay yapraklar geliştiren bir ekiple birlikte çalıştı.

En son yaptığı araştırmada Singh, reaksiyon yolunun kuantum-kimyasal analizini birleştiren son teknoloji ürünü çok ölçekli bir model geliştirdi; reaksiyon dinamiklerine ait mikrokinetik bir model ve karbondioksitin bir katalizör -bu durumda gümüş, vasıtasıyla elektrokimyasal olarak nasıl indirgenebileceğini ve karbonmonoksit haline getirilebileceğini tam olarak öğrenmek için elektrolit içindeki türlerin taşınması için bir süreklilik modeli.

Singh, en makul reaksiyon yolunun genellikle en düşük serbest enerji yolunun kuantum-kimyasal hesaplamasından tespit edilmesine karşın, bu yaklaşım adsorbe edilen türlerin kapsama oranlarının önemli ölçüde farklılaştığından yanıltıcı olabileceğini belirtti.

Bu nedenle, elektrokatalitik reaksiyon yollarının doğru tahmin edilmesi için atom seviyesindeki bir katalizörün elektronik durumlarının etkilerini, sürekli seviyedeki elektrolitteki türlerin dinamikleri ile bütünleştirmek gereklidir.

“Bu çok ölçekli model, elektrokimyadaki en büyük başarılardan biridir” diyor Singh.

Yakıt hücrelerindeki veya elektrokimyasal hücrelerdeki elektrokatalizörlerin nasıl çalıştığını anlamak için, bilim insanları bir elektrik alanının bulunduğu ortamda aşırı derecede zorlayıcı olabilecek olan elektronik ve kuantum seviyelerini soruşturmalıdırlar, diye belirtiyor

Minnesota Üniversitesi’nde kimya profesörü olan Jason Goodpaster ve aynı zamanda araştırmanın yardımcı yazarlarından biri.

Modelleri tek tek üretmek, karşılaştırmak ve bunları elektrokimyasal reaksiyonun tam ölçekli simülasyonu için çok parçalı bir çerçeveye entegre etmek Singh ve Goodpaster’ın bir yıldan fazla zamanını aldı.

Singh, bilim insanlarının karbondioksitin uygulanan potansiyeli ve basıncının bir fonksiyonu olarak karbonmonoksit ve hidrojenin şu andaki yoğunluğunu, ilk prensiplerden niceliksel olarak tahmin ettiğini belirtti.

Singh, “Elektrokatalistlerde bu reaksiyonların nasıl meydana geldiğini anladığınızda, karbonmonoksit üretmek için katalizörlerin yapısını ve çalışma koşullarını kontrol edebilirsiniz” dedi. Onlar ürün gazları olduklarından -karbon monoksit ve hidrojen sulu elektrolitlerde çözünmez, sentez gazı olarak kolaylıkla ayrılabilirler ve metanol, dimetil eter veya hidrokarbon karışımı gibi yakıtlara dönüştürülebilirler.

Altın, gümüş, çinko, paladyum ve galyum gibi elektrokatalizörlerin uygulanan voltaja bağlı olarak çeşitli oranlarda karbondioksit ve hidrojen karışımları ürettiği biliniyor. Altın ve gümüş, karbon dioksit azaltma yönünde en yüksek etkinliği sergilemektedir ve gümüş, altından daha bol ve daha ucuz olduğundan, “Gümüş, büyük ölçekli karbonmonoksit üretimi için daha umut verici elektrokatalizör” diyor Singh.

Kaynak : sciencedaily.com