Ngành công nghiệp hóa chất đã đóng một vai trò quan trọng trong sự phát triển của xã hội, nhưng tác động của nó đối với môi trường đã trở thành mối quan tâm ngày càng tăng. Hóa học xanh và kỹ thuật hóa học đã mở ra khả năng phát triển bền vững thông qua việc chuyển đổi các nguyên liệu tái tạo thành các hóa chất thân thiện với môi trường. Tuy nhiên, các liên kết trơ trong các phân tử như CO 2 và N 2 đưa ra những thách thức đối với việc kích hoạt và chuyển đổi chúng.
Chuyển đổi điện hóa cung cấp một lộ trình trung hòa carbon đầy hứa hẹn để nâng cấp các nguồn hóa chất xanh có liên kết trơ với hóa chất và nhiên liệu trong điều kiện môi trường xung quanh. Các chất xúc tác điện đa thành phần có ưu điểm hơn các chất xúc tác đơn thành phần, chẳng hạn như độ ổn định tốt hơn, tăng hoạt tính và mở rộng quá trình phản ứng.
Các chất xúc tác điện đa thành phần đưa ra một giải pháp đầy hứa hẹn cho thách thức về tính bền vững trong ngành hóa chất. Một nhóm các nhà nghiên cứu đã công bố bài đánh giá của họ về Hóa học & Vật liệu Công nghiệp .
Tác giả tương ứng Buxing Han, thành viên của Viện Khoa học Trung Quốc, giáo sư tại Viện Hóa học, cho biết: “ Ngành công nghiệp hóa chất đã đóng một vai trò quan trọng trong quá trình phát triển lịch sử của xã hội, nhưng nó cũng gây ra những lo ngại về môi trường đang nổi lên và lượng khí thải CO 2 tăng vọt”. Viện Khoa học Trung Quốc (ICCAS).
"Chúng tôi có động lực khám phá các khả năng của hóa học xanh và kỹ thuật hóa học để biến đổi các nguyên liệu tái tạo, chẳng hạn như CO 2 và NO x , thành các hóa chất thân thiện với môi trường, bao gồm khí tổng hợp, hydrocacbon, oxy và amoniac."
"Tuy nhiên, những liên kết trơ này, chẳng hạn như liên kết C=O trong CO 2 , đặt ra những thách thức đối với việc kích hoạt và chuyển đổi chúng. Chúng tôi muốn khám phá chuyển đổi điện hóa như một lộ trình trung hòa carbon phổ quát để nâng cấp hiệu quả các nguồn hóa chất xanh có liên kết trơ thành hóa chất và nhiên liệu trong điều kiện môi trường xung quanh khai thác năng lượng sạch ," đồng tác giả, Giáo sư Xiaofu Sun, ICCAS cho biết.
"Chất xúc tác điện đa thành phần mang lại lợi thế hơn chất xúc tác đơn thành phần về độ ổn định, hoạt tính và quá trình phản ứng. Vì vậy, chúng tôi đã khám phá việc sử dụng chất xúc tác đa thành phần trong quá trình điện khử các phân tử nhỏ như CO 2 , N 2 và NO x . Chúng tôi đã phát triển ba mô hình đối với các chất xúc tác đa thành phần: Loại I, Loại II và Loại III, chúng tôi sẽ thảo luận trong bài báo của mình."
Loại I liên quan đến một thành phần hoạt động không xúc tác có thể kích hoạt hoặc bảo vệ một thành phần xúc tác khác. Loại II liên quan đến tất cả các thành phần xúc tác cung cấp các chất trung gian hoạt động cho quá trình chuyển đổi điện hóa. Loại III liên quan đến một thành phần cung cấp chất nền cho thành phần kia thông qua chuyển đổi hoặc hấp phụ.
Han cho biết: "Mỗi mô hình này đều có những ưu điểm và nhược điểm riêng, tùy thuộc vào phản ứng và chất xúc tác cụ thể. Chúng tôi đã khám phá việc sử dụng các mô hình này trong bài báo của mình để chứng minh hiệu quả của chúng trong quá trình khử điện của các phân tử nhỏ". "Và chúng tôi cũng đã thảo luận về các hướng trong tương lai để áp dụng các chất xúc tác điện đa thành phần trong việc sử dụng công nghiệp các nguồn hóa chất tái tạo thông qua kích hoạt và chuyển đổi hiệu quả cao các liên kết trơ."
Những thách thức chính cần được giải quyết trong việc phát triển và sử dụng các chất xúc tác điện đa thành phần để kích hoạt và chuyển đổi các nguồn hóa chất tái tạo là gì? Sun cho biết: “Một thách thức chính là cải thiện tính chọn lọc và hiệu quả của các chất xúc tác điện, cũng như tăng tính ổn định và hoạt động của chúng”. "Một thách thức khác là hiểu được cơ chế cơ bản của các phản ứng điện khử và cách chúng bị ảnh hưởng bởi các chất xúc tác đa thành phần."
"Quan trọng hơn, cần phải nghiên cứu và phát triển thêm để mở rộng quy mô và tích hợp các quy trình điện hóa này vào các ứng dụng công nghiệp. Nhiều dự án nghiên cứu đầy triển vọng đang được tiến hành trong phòng thí nghiệm của chúng tôi", Han nói.
