Nanoparticule de argint de 10 nanometri îmbunătățesc producția de monoxid de carbon din CO₂
Un studiu realizat de o echipă internațională de cercetători a demonstrat că straturile rare de nanoparticule de argint cu diametrul de aproximativ 10 nanometri oferă cea mai bună performanță ca electrocatalizatori pentru reducerea electrochimică a dioxidului de carbon la monoxid de carbon. Particulele sunt pulverizate pe electrod împreună cu o pulbere conductoare de carbon, iar amestecul ideal este format din 20 la sută argint și 80 la sută carbon, proporțional după masă.
Cercetarea, desfășurată în cadrul proiectului GreenQUEST, a investigat în mod sistematic straturile de catalizator din nanoparticule de argint, variind atât dimensiunea particulelor, cât și densitatea acestora. Rezultatele arată că nanoparticulele prea mici favorizează degajarea hidrogenului, ceea ce reduce randamentul de monoxid de carbon, în timp ce particulele prea mari sunt mai puțin active din punct de vedere catalitic. Optimumul identificat a fost reprezentat de nanoparticulele cu diametrul de circa 10 nanometri, distribuite rar pe materialul carbonic, cu o încărcare de 0,2 miligrame pe centimetru pătrat de electrod.
Cercetătorii au obținut o a doua îmbunătățire prin înlocuirea reacției de degajare a oxigenului de la anod cu o reacție de oxidare a aldehidelor. Această modificare reduce consumul de energie al întregului proces cu peste 30 la sută și, în loc de oxigen, generează hidrogen util și acizi carboxilici valoroși, precum acidul formic. Astfel, într-un singur dispozitiv pot fi produși simultan monoxid de carbon, hidrogen și acid formic.
Catalizatorul optimizat pe bază de nanoparticule de argint a menținut o eficiență faradaică de aproape 100 la sută pentru monoxidul de carbon timp de 100 de ore. Investigațiile prin spectroscopie de fotoelectroni cu raze X au confirmat că structura electronică și chimică a particulelor active de argint rămâne în mare măsură stabilă în timpul funcționării.
Dioxidul de carbon poate fi redus electrolitic la monoxid de carbon folosind energie electrică. În etapele ulterioare, monoxidul de carbon și hidrogenul formează gaz de sinteză, care este convertit în dimetil eter și apoi transformat catalitic într-un combustibil verde lichefiat, compus în principal din propan și butan. Dacă energia electrică pentru electroliză provine din surse solare sau eoliene, tehnologia poate fi considerată neutră din punct de vedere al carbonului, deoarece dioxidul de carbon este reciclat.
Echipele implicate colaborează cu instituții partenere din Africa de Sud în cadrul proiectului GreenQUEST, cu obiectivul de a dezvolta un combustibil de gătit verde, accesibil și sustenabil, ca alternativă mai curată la combustibilii tradiționali pe bază de biomasă, în special în regiunile rurale din Africa de Sud, unde lemnul de foc rămâne o sursă importantă de energie pentru gospodării.
