Новое исследование показывает, как использовать отдельные атомы, чтобы превратить CO₂ в ценные химические ресурсы

Углеродные катализаторы, легированные никелем и азотом (Ni-NC), показали исключительную эффективность при конверсии CO.₂ в CO, ценное химическое сырье. Однако точный механизм работы этих катализаторов до сих пор оставался неясным.

Исследование «Выявление конфигураций адсорбатов в одноатомных катализаторах Ni при реакции CO».₂ Электрокаталитическое восстановление с использованием Operando XAS, XES и машинного обучения» обеспечивает прямое экспериментальное понимание природы адсорбатов (молекул, которые прилипают к поверхности катализатора), образующихся на сайтах никеля, и развивающейся структуры активных центров во время CO.₂ реакция восстановления (CO₂РР). Работа опубликована в журнале Письма о физических отзывах.

Исследовательская группа использовала передовые методы, такие как операндо-жесткая рентгеновская абсорбционная спектроскопия (XAS) и рентгеновская эмиссионная спектроскопия от валентности к ядру (vtc-XES), чтобы наблюдать за катализаторами в действии. Эти передовые методы в сочетании с машинным обучением и теорией функционала плотности позволили команде составить карту локальной атомной и электронной структуры катализаторов с беспрецедентной детализацией. Эта работа иллюстрирует возможности мульти-методического подхода к характеристике операндов в сочетании с машинным обучением и моделированием для извлечения глубокого механистического понимания.

Понимание того, как катализаторы на основе никеля взаимодействуют с CO₂ на атомном уровне имеет решающее значение для их рационального проектирования с целью повышения их эффективности и селективности. Эти знания могут привести к разработке более эффективных и долговечных катализаторов, благодаря чему CO₂ процесс восстановления более жизнеспособен для промышленного применения.

По сути, это исследование помогает проложить путь к превращению CO в₂парниковый газ, в ценные ресурсы, такие как окись углерода (CO), которую можно использовать в различных промышленных процессах, в том числе в тех, где его можно комбинировать с зеленым водородом в результате электролиза воды для синтеза углеводородов высокого порядка.

Представьте себе, что вы пытаетесь испечь идеальный торт, не зная, как ингредиенты взаимодействуют в духовке и как пирог поднимается или в конечном итоге подгорает во время выпечки. В аналогии с духовкой можно смотреть через окно и использовать визуальную информацию для изменения температуры и времени выпечки.

Настоящее исследование похоже на высокотехнологичную камеру, которая позволяет вам точно видеть, как ингредиенты смешиваются и изменяются во время выпекания, что позволяет вам корректировать рецепт (и/или условия духовки) во время выпечки для достижения наилучших результатов. Точно так же, понимая, как CO₂ взаимодействует с никелевыми катализаторами, ученые могут точно настроить процесс для более эффективного получения желаемых продуктов.

Это исследование не только расширяет наше понимание катализаторов на основе никеля, но и закладывает основу для будущих достижений в области CO.₂ восстановительные технологии. Предоставляя подробную картину того, как работают эти катализаторы, исследование открывает новые возможности для разработки еще более эффективных систем преобразования CO.₂ в ценную продукцию.