UTMESA+MESA+NieuwsNieuwe inzichten in CO₂-omzetting met elektriciteit

Nieuwe inzichten in CO₂-omzetting met elektriciteit Scheikundige omgeving rond de elektrode is sleutel tot efficiënte productie van mierenzuur

Onderzoekers van de afdeling Chemical Engineering, onder leiding van Georgios Katsoukis, ontdekten hoe de chemische omgeving rond koperelektroden de omzetting van CO₂ in mierenzuur dramatisch kan beïnvloeden. Deze ontdekking kan bijdragen aan een verbeterde selectiviteit in CO₂-reductiereacties en biedt nieuwe inzichten in hoe we deze processen effectiever kunnen aansturen.

Belangrijkste ontdekkingen
  • Chemische omgeving bepaalt efficiëntie: De onderzoekers ontdekten dat licht zure omstandigheden in de buurt van de koperelektrode essentieel zijn voor het snel omzetten van CO₂ in formiaat.
  • Verrassende rol van bicarbonaat: In tegenstelling tot eerdere aannames draagt bicarbonaat, een vorm van CO₂ in water, ook bij aan de productie van mierenzuur, maar minder efficiënt dan CO₂.
  • Beperking van carbonaat: Carbonaat draagt niet bij aan de mierenzuurproductie.
  • Vorming van kopercarbonaat: Onder bepaalde omstandigheden vormt kopercarbonaat op het elektrodeoppervlak, waardoor deze inactief wordt.

Een van de manieren om een duurzamere en circulaire economie te creëren, is het opvangen van CO2-uitstoot en deze om te zetten in nuttige grondstoffen. Maar daarvoor moeten deze CO2-reductietechnologieën worden geoptimaliseerd en veel efficiënter worden. In deze studie onderzocht het onderzoeksteam hoe CO₂ reageert aan het oppervlak van koperelektroden in een waterige omgeving. Door de zuurgraad in de buurt van de elektrode te veranderen, ontdekten ze dat de lokale scheikundige omgeving cruciaal is bij het bepalen hoe snel en efficiënt CO₂ kan worden omgezet in mierenzuur, een nuttige chemische stof met veel industriële toepassingen.

CO₂-reductiereacties selectiever maken is al lang een uitdaging. Er kunnen namelijk meerdere producten ontstaan afhankelijk van de reactieomstandigheden. Deze bevinding stelt de traditionele focus op katalysatormateriaal ter discussie en benadrukt het belang van het optimaliseren van de omringende chemische omstandigheden.

Belangrijke implicaties

Dit onderzoek benadrukt hoe belangrijk het is de chemische omgeving in CO2-reductieprocessen te controleren om de selectiviteit en efficiëntie te verbeteren. Door de omstandigheden rond de koperelektrode nauwkeurig te controleren, is het wellicht mogelijk om de selectiviteit voor gewenste producten zoals mierenzuur te verbeteren. Tegelijkertijd zou het ook de levensduur van de elektrode kunnen verlengen. Deze verbeteringen kunnen een belangrijke rol spelen bij de ontwikkeling van efficiëntere systemen die CO2 omzetten in bruikbare grondstoffen.

De resultaten van dit onderzoek vormen een basis voor toekomstig onderzoek en de verdere ontwikkeling van CO₂-reductietechnologieën. Door zowel de chemische omgeving en de katalysator te optimaliseren, werken wetenschappers aan het creëren van selectievere en efficiëntere systemen. Op die manier komen we dichter bij praktische oplossingen voor het omzetten van CO₂-emissies in nuttige grondstoffen, wat een duurzamere en circulaire economie bevordert.

Meer informatie

Dr. Georgios Katsoukis is universitair docent in de onderzoeksgroep Photocatalytic Synthesis (PCS; Faculteit TNW / MESA+). Samen met onderzoekers Hilbert Heida, Merlin Gutgesell en prof. dr. Guido Mul publiceerde hij dit werk in een artikel in het wetenschappelijke tijdschrift ACS Catalysis. Het artikel, getiteld 'Time-Resolved Infrared Spectroscopic Evidence for Interfacial pH-Dependent Kinetics of Formate Evolution on Cu Electrodes', is open access en kan online worden gelezen.

DOI: 10.1021/acscatal.4c03521

K.W. Wesselink - Schram MSc (Kees)
Wetenschapscommunicatiemedewerker (aanwezig ma-vr)