I ricercatori realizzano l'elettrosintesi accoppiata del dimetilcarbonato con singolo

2 febbraio 2023

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di Liu Jia, Accademia Cinese delle Scienze

Tipicamente in una cella elettrochimica tradizionale con separatore a membrana, i prodotti della reazione di riduzione catodica della CO2 (CO2RR) sono solitamente in forme ridotte. L'evoluzione dell'O2 anodico non gioca un ruolo nell'espansione ulteriore della portata del prodotto.

Il dimetilcarbonato (DMC, CH3OCOOCH3) è una materia prima chimica benefica per l'ambiente. L'elettrosintesi accoppiata convergente del DMC rappresenta un'importante rivoluzione per la produzione del DMC.

In uno studio pubblicato su Energy & Environmental Science, un gruppo di ricerca guidato dal gruppo del Prof. Zhu Qilong del Fujian Institute of Research on the Structure of Matter dell'Accademia cinese delle scienze ha riportato un catalizzatore a singolo atomo di Ni (Ni SAC) per CO2- conversione a CO e elettrosintesi accoppiata convergente di DMC.

I ricercatori hanno scoperto che l’elettrosintesi accoppiata convergente accoppia la reazione di ossidazione degli ioni alogenuri anodici e la CO2RR catodica per generare gli intermedi chiave per la sintesi DMC. Durante questa conversione, l’efficiente conversione catodica da CO2 a CO gioca un ruolo dominante, ispirando grandi sforzi per controllare la micro-nanostruttura degli elettrocatalizzatori.

Hanno anche rivelato che il Ni SAC sovrastrutturato a doppio canale con una configurazione di coordinazione del sito unica legata tramite un atomo di ossigeno assiale e quattro atomi di azoto planari è costruito in modo controllabile ed è in grado di fornire prestazioni preminenti per la conversione da CO2 a CO, ottenendo l'esclusiva elevata efficienza faradaica (FE) e densità di corrente parziale con eccellente stabilità.

In virtù della manipolazione da atomica a nanoscopica e microscopica del Ni SAC penta-coordinato per la produzione di CO, l'elettrosintesi accoppiata convergente di DMC da CO2 è stata eseguita in modo pionieristico, realizzando l'elevato FE del DMC.

Lo studio del meccanismo ha rivelato che tale configurazione di coordinazione assiale dell'ossigeno è utile per ridurre le barriere energetiche per la generazione dell'intermedio chiave *COOH e la dissociazione di H2O e CH3OH, accelerando l'elettrosintesi accoppiata convergente.

Questo studio suggerisce che la prova di concetto nell’innovativa elettrosintesi accoppiata convergente potrebbe aprire un nuovo orizzonte nei campi dell’utilizzo della CO2.

Maggiori informazioni: Xiaofang Li et al, Elettrosintesi convergente accoppiata di dimetil carbonato da anidride carbonica resa possibile dalla progettazione della sovrastruttura di catalizzatori a singolo atomo di nichel coordinato con ossigeno assiale, Energy & Environmental Science (2022). DOI: 10.1039/D2EE03022E

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Fornito dall'Accademia Cinese delle Scienze