Theo các kỹ sư của Johns Hopkins, nước có thể đóng một vai trò quan trọng trong việc giảm lượng khí thải carbon dioxide (CO 2 ) toàn cầu.
Tính chất vật lý của chất điện phân theo nồng độ NaClO 4 . a , dao động giãn OH của nước. b , ClO 4 − dao động kéo giãn đối xứng. c , Đặc điểm của CIP/AGG (hình tam giác màu xanh lá cây), FA (vòng tròn màu tím) và SSIP (hình vuông màu xanh) có nguồn gốc từ b . Các đường liền nét là hướng dẫn cho mắt. d , a w là hàm của nồng độ NaClO 4 thu được từ ref. Đường màu đỏ thể hiện sự phù hợp bậc ba của dữ liệu. Các mũi tên trong a và b theo hướng tăng dần nồng độ chất điện phân. Mũi tên màu xám và mũi tên màu xanh lá cây lần lượt biểu thị các dao động liên quan đến nước liên kết H và nước hòa tan ion (tức là nước bị cô lập). Nguồn: Chất xúc tác tự nhiên (2023). DOI: 10.1038/s41929-023-01010-6
Một nhóm do A. Shoji Hall, trợ lý giáo sư về khoa học và kỹ thuật vật liệu và là nhà nghiên cứu của Viện Năng lượng bền vững Ralph O'Connor (ROSEI) dẫn đầu, đã phát triển một chiến lược mới nhằm tối ưu hóa nguồn nước sẵn có để nâng cao hiệu quả của quá trình điện hóa. chuyển hóa CO 2 thành các sản phẩm hóa học có giá trị như ethylene và ethanol. Kết quả của họ xuất hiện trên tạp chí Nature Catalysis .
Hall, người cùng thực hiện nghiên cứu với tác giả đầu tiên Nick Zhang, một tiến sĩ, cho biết: “Điều này có thể khơi dậy sự ra đời của các phương pháp hiệu quả hơn để chuyển đổi CO2 thành hóa chất và nhiên liệu có giá trị”. ứng viên khoa Khoa học và Kỹ thuật Vật liệu. "Khám phá của chúng tôi không chỉ củng cố những nỗ lực chống biến đổi khí hậu mà còn tiết lộ những cơ hội mới trong lĩnh vực hóa học xanh và năng lượng bền vững. Về bản chất, nghiên cứu này có thể đóng một vai trò quan trọng trong quá trình chuyển đổi của chúng ta hướng tới một tương lai bền vững hơn và có ý thức về môi trường hơn."
Quá trình chuyển đổi thông thường như thế này liên quan đến kim loại đồng và điện để chuyển đổi CO 2 , nhưng điều đó dẫn đến việc tạo ra nhiều khí mê-tan và carbon monoxide. Hall quyết định xem xét làm thế nào nước có thể thay đổi phương trình vì nó là một dung môi phổ biến, rất dồi dào và không độc hại.
Phương pháp tiếp cận của nhóm tập trung vào việc điều khiển hoạt động nhiệt động của nước trong dung dịch muối đậm đặc. Các nhà nghiên cứu đã chạy điện qua nước bão hòa CO 2 , làm giảm dần nồng độ của nước và nhận thấy rằng việc giảm lượng hoạt động của nước - nói cách khác, sự sẵn có của các phân tử nước trong một tương tác - dẫn đến việc sản xuất nhiều ethanol hơn và ethylene với lượng khí thải metan và carbon monoxide ít hơn.
Đây là kết quả của CO, chất trung gian quan trọng trong phản ứng, bám vào bề mặt đồng, gây ra các phản ứng hóa học tạo ra hóa chất mà Hall và nhóm của ông đang theo đuổi.
Hall cho biết: “Điều này ngụ ý rằng hoạt động của nước đóng vai trò then chốt trong việc tăng cường độ che phủ bề mặt CO và thúc đẩy sự kết hợp CC, dẫn đến việc tạo ra các sản phẩm C 2 mong muốn ”.
Trong khi ethanol và propranol là những sản phẩm tiềm năng thì Hall xác định ethylene là dạng carbon chính được tạo ra. Ethylene có giá trị trong lĩnh vực sản xuất với nhiều ứng dụng tiềm năng, bao gồm đóng vai trò là thành phần nền tảng cho một loạt vật liệu bao gồm polyetylen, ethylene oxit và ethylene glycol. Nhu cầu toàn cầu về ethylene đạt gần 180 triệu tấn vào năm 2018.
Hall tin rằng những phát hiện này có tiềm năng đặc biệt hữu ích trong việc giảm lượng CO 2 thải ra từ hoạt động công nghiệp , chiếm hơn 30% tổng lượng khí thải carbon dioxide toàn cầu.
Hall cho biết : “Tầm quan trọng của những phát hiện của chúng tôi nằm ở những ứng dụng tiềm năng của chúng trong lĩnh vực giảm CO2 ” . "Nghiên cứu của chúng tôi thể hiện một bước tiến đáng kể bằng cách tiết lộ một cách tiếp cận chiến lược để tối ưu hóa quá trình khử điện hóa CO 2 thành các sản phẩm C 2+ đáng thèm muốn . Vì nước đóng vai trò là một dung môi phổ quát nên việc hiểu được vai trò trung tâm của nó trong việc điều chỉnh phản ứng điện hóa có ý nghĩa mang tính biến đổi."
