Yeni Katalizör, Karbondioksiti Yararlı Yakıtlara ve Kimyasallara Dönüştürdü

Atmosferdeki karbondioksit seviyesi artarken, bilim insanları karbon bazlı yakıtları, kimyasalları ve diğer ürünleri faydalı hale getirmek için CO₂ moleküllerini parçalamanın yeni yollarını arıyorlar. Brown Üniversitesi araştırmacılarından oluşan bir ekip de, CO₂‘den dikkate değer bir verimlilikle C²⁺ ürünleri olarak bilinen karmaşık hidrokarbonları üretebilmek için bir bakır katalizöre ince ayar yapmanın yolunu buldu.

Nature Communications’da yayınlanan bir çalışmada araştırmacılar, % 72’ye varan faradaik bir verimlilikle (karbondioksiti kimyasal reaksiyon ürünlerine dönüştürmek için elektrik enerjisinin ne kadar verimli kullanıldığının bir ölçüsü) C²⁺ bileşiklerini üretebilen bir katalizör bildirmiştir. Araştırmacılar, bunun C²⁺ reaksiyonları için diğer katalizörlerin bildirilen verimliliklerinden çok daha iyi olduğunu söylüyor. Hazırlık sürecinin oldukça kolay bir şekilde endüstriyel alana genişletebilmesi yeni katalizörün büyük ölçekli CO₂ geri dönüşüm çabalarında kullanım potansiyelini artırır.

Brown Üniversitesi, Mühendislik Fakültesi’nden Profesör Tayhas Palmore, “Bakır için bu C²⁺‘ı bir dizi farklı verimlilikle üretebilecek farklı işlemlere ilişkin literatürde çok sayıda rapor vardır” dedi. Bu makaleyi doktora öğrencisi Taehee Kim ile birlikte yazan Palmore “Taehee’nin yaptığı şey, bu arıtma adımlarının her birinin reaktivite açısından katalizörün üzerinde ne gibi bir etkisi olduğunu ortaya çıkarmaktır, bu da çok karbonlu bileşikler için bir katalizörü optimize edebilmenin yolunu işaret etmiştir” diye ekledi.

Palmore, son yıllarda tek karbonlu moleküller üretebilen bakır katalizörlerin geliştirilmesinde büyük adımlar atıldığını söylüyor. Örneğin, Palmore ve Brown’daki ekibi son zamanlarda ticari kimyasallardan önemli bir tek karbonlu olan formik asidi verimli bir şekilde üretebilen bakır köpük katalizörü geliştirmiştir. Ancak C²⁺ ürünlerini üretebilen reaksiyonlara ilgi günden güne artmaktadır.

Palmore, “Sonuçta, bu alanda çalışan herkes yüksek karbon sayısına sahip yakıtları ve kimyasalları üretmeye çalışıyor” dedi.

Bakırın halojenlenmesinin (elektriksel potansiyelin varlığında bir bakır yüzeyinin klor, brom veya iyot atomlarıyla kaplandığı reaksiyon) katalizörün C²⁺ ürünlerinin seçiciliğini artırabileceğine dair daha önceki araştırmalardan kanıtlar elde edilmiştir. Kim, CO₂‘den C²⁺’nın elde edildiği reaksiyonlarda en iyi performansa sahip katalizörlerin hangi halojen elemanlarının ve hangi elektriksel potansiyelin sağladığını sıfırlayarak, çeşitli farklı halojenleme yöntemlerini denemiştir ve optimize edilmiş karışımların bakır katalizörlerinkinden çok daha yüksek (% 70.7 ve % 72.6 arasında) bir faradaik verimlilik sağlayabildiğini bulmuştur.

Araştırma, bir bakır katalizörünü C²⁺ ürünleri için iyi yapan özellikleri ortaya çıkarmaya yardımcı olur. Çok yüksek verimliliğe sahip karışımlar, karbon-karbon birleştirme reaksiyonları için kritik olan çok sayıda yüzey kusuruna (halojenli yüzeyde küçük çatlaklar ve yarıklar) sahiptir. Bu kusurlu bölgeler, katalizörlerin polimerize edilebilen ve plastik üretmek amacıyla kullanılabilen ve bir C²⁺ ürünü olan etilene karşı yüksek seçiciliğinin anahtarı gibi görünmektedir.

Sonuçta, böyle bir katalizör CO₂‘nin büyük ölçekli geri dönüşümüne yardımcı olacaktır. Buradaki fikir, enerji santralleri, çimento üretimi gibi endüstriyel tesisler tarafından veya doğrudan havadan üretilen CO₂‘yi yakalamak ve onu diğer yararlı karbon bileşiklerine dönüştürmektir. Bu, üretilmesi ve yenilenmesi kolay olan ve endüstriyel ölçekte çalışacak kadar ucuz olan verimli bir katalizörü gerektirir ve araştırmacılar bu yeni katalizörün umut verici bir aday olduğunu söylüyor.

Palmore, “Deneylerimiz için laboratuvar ölçekli katalizörlerle çalışıyorduk. Ancak, geliştirilen yöntemi kullanarak hemen hemen her boyutta bir katalizör üretebilirsiniz” dedi. 

Kaynak: phys.org