Уникальная конструкция нанокластеров меди повышает селективность снижения CO₂

Хотя медь (Cu), возможно, не так привлекательна, как золото или серебро, ее замечательная универсальность делает ее неоценимой в передовых исследованиях. Совместные усилия ученых из Университета Тохоку, Токийского научного университета и Университета Аделаиды представили метод улучшения селективности и долговечности электрохимического CO.₂ процесс сокращения.

Спроектировав поверхности нанокластеров меди (НК) на атомном уровне, команда открыла новые возможности для эффективных и экологически чистых технологий конверсии углерода. Этот прорыв не только подчеркивает преобразующий потенциал Cu в устойчивой химии, но также подчеркивает решающее влияние глобального сотрудничества для решения насущных проблем, таких как выбросы углерода.

Результаты были опубликовано в журнале Маленький 4 декабря 2024 г.

электрохимический CO₂ реакции восстановления (CO₂RR) привлекли внимание в последние годы из-за их способности трансформировать избыток атмосферного CO.₂ в ценную продукцию. Среди различных изученных нанокатализаторов НК выделяются своими явными преимуществами перед более крупными наночастицами.

В этом семействе NC Cu показали большие перспективы, предлагая вариабельное образование продуктов, высокую каталитическую активность и долговечность. Несмотря на эти преимущества, достижение точного контроля селективности продукта в промышленном масштабе остается сложной задачей. В результате текущие исследования интенсивно сосредоточены на совершенствовании этих свойств, чтобы раскрыть весь потенциал НК Cu для устойчивого производства CO.₂ конверсия.

«Чтобы добиться этого прорыва, нашей команде пришлось модифицировать НК на атомном уровне», — объясняет профессор Юичи Негиси из Университета Тохоку. «Однако это очень сложно, потому что геометрия NC сильно зависела от конкретных частей, которые нам нужно было изменить. Это было похоже на попытку сдвинуть колонну здания».

Им удалось синтезировать два Cu₁₄ НК с идентичной структурной архитектурой путем модификации тиолатных лигандов (ПЭТ: 2-фенилэтантиолат; ЦГТ: циклогексантиолат) на их поверхности. Преодоление этого ограничения потребовало разработки тщательно контролируемой стратегии восстановления, которая позволила создать два структурно идентичных НК с разными лигандами, что является значительным достижением в дизайне НК.

Однако команда наблюдала различия в стабильности этих НК, связанные с различиями в межкластерных взаимодействиях. Эти различия играют решающую роль в определении долговечности этих НК во время каталитических применений.

Хотя эти НК имеют почти идентичную геометрию, полученную из двух разных тиолатных лигандов, они демонстрируют заметно разную селективность к продукту, когда их каталитическая активность в отношении CO₂ Сокращение было протестировано. Эти различия влияют на общую эффективность и селективность CO.₂фр.

Негиши заключает: «Эти результаты необходимы для продвижения разработки Cu NC, сочетающих стабильность и высокую селективность, прокладывая путь к более эффективному и надежному электрохимическому CO».₂ восстановительные технологии.