Forskere har udviklet en laserteknologi, som kan åbne muligheder for rent brændstof og energiteknologier i fremtiden.
Vi har et presserende behov for miljøvenlige og bæredygtige måder at erstatte fossile brændstoffer, olie og naturgas på. Kuldioxid (CO2) er et rigeligt affaldsprodukt, der produceres af alle aktiviteter og kilder, der er afhængige af fossile brændstoffer. Omkring 35 milliarder tons kuldioxid frigives til vores planetens atmosfære årligt som et affaldsprodukt fra el-producerende kraftværker, køretøjer og industrielle installationer over hele kloden. For at afbøde virkningerne af CO2 på det globale klima kunne denne spildte CO2 snarere omdannes til brugbar energi som kulilte og andre energirige kilder. Eksempelvis, at reagere med vand CO2 producerer energirig brintgas, når den reageres med brint producerer den nyttige kemikalier som kulbrinter eller alkohol. Sådanne produkter kan bruges til forskellige formål, og det også på en global industriel skala.
Elektrokatalysatorer er katalysatorer, der deltager i elektrokemiske reaktioner - når en kemisk reaktion finder sted, men også elektrisk strøm er involveret. Eksempelvis kan den rigtige katalysator hjælpe med at omsætte brint og oxygen til at lave vand på en kontrolleret måde, ellers bliver det bare en tilfældig blanding af to gasser. Eller endda at producere elektricitet ved at forbrænde brint og ilt. Elektrokatalysatorer ændrer eller øger hastigheden af kemiske reaktioner uden selv at blive forbrugt i reaktionen. I sammenhæng med CO2 ses elektrokatalysatorer som relevante og lovende i forhold til at opnå effektivitet 'step-change' i reduktion af CO2 efter ønske.
Desværre er den nøjagtige mekanisme for, hvordan disse elektrokatalysatorer virker, ikke helt forstået, og det er fortsat en betydelig udfordring at skelne mellem lag af kortlivede mellemmolekyler med "støjen" fra inaktive molekyler i opløsningen. Denne begrænsede forståelse af mekanismen udgør vanskeligheder ved enhver mulig ændring i design af elektrokatalysatorer.
Forskere ved Liverpool University UK har demonstreret en laser-baseret spektroskopiteknik til elektrokemisk reduktion af kuldioxid in-situ i deres undersøgelse offentliggjort i Naturkatalyse. De brugte Vibrational Sum-Frequency Generation eller VSFG-spektroskopi for første gang sammen med elektrokemiske eksperimenter for at udforske en katalysator (Mn(bpy)(CO)3Br), som ses som en lovende CO2-reduktionselektrokatalysator. Opførselen af afgørende mellemled, som er til stede i en reaktions katalytiske cyklus i et meget kort interval, blev observeret for første gang. VSFG-teknologi gør det muligt at følge adfærd og bevægelse af selv ekstremt kortlivede arter i en katalytisk cyklus og hjælper os derfor med at forstå, hvordan elektrokatalysatorer fungerer. Så den nøjagtige opførsel af, hvordan elektrokatalysatorer fungerer i en kemisk reaktion, er forstået.
Denne undersøgelse giver indsigt i nogle af de komplekse kemiske veje og kan give os mulighed for at skabe nye designs til elektrokatalysatorer. Forskere er allerede i gang med at undersøge, hvordan man kan forbedre følsomheden af denne teknik og udvikler et nyt detektionssystem for bedre signal-støj-forhold. Denne tilgang kunne være med til at åbne muligheder for effektiv rent brændstof og få mere potentiale for ren energi. En sådan proces skal i sidste ende skaleres industrielt op for at opnå mere effektivitet på det kommercielle niveau. Håndtering af store mængder CO2 produceret fra fossile brændstoffer vil kræve industrielle fremskridt.
***
Kilde (r)
Neri G et al. 2018. Påvisning af katalytiske mellemprodukter ved en elektrodeoverflade under kuldioxidreduktion ved hjælp af en katalysator, der er rigeligt med jord. Naturkatalyse. https://doi.org/10.17638/datacat.liverpool.ac.uk/533
***
 is an abundant waste product produced by all activities and sources which rely on fossil fuels.){kind=link}