Transformarea durabilă a CO2 în nanotuburi de carbon cu pereți multipli
Dioxidul de carbon (CO2) este un gaz cu efect de seră primar produs de diferite activități umane. Pentru a reduce amprenta de carbon a umanității, cercetătorii și factorii de decizie din întreaga lume caută în mod constant modalități noi de a reduce emisiile de CO2 din atmosferă și de a le transforma în forme utile, notează publicația Electrochimica Acta.
Abordarea electrochimică
Abordarea electrochimică de reducere a CO2 la alte forme carbonice, cum ar fi monoxidul de carbon, alcoolii și hidrocarburile a primit mult interes în acest sens.
În acest sens, cercetătorii de mediu de la Universitatea Doshisha din Japonia, conduși de prof. Takuya Goto, au ilustrat o astfel de tehnică de transformare a CO2 în nanotuburi de carbon cu pereți multipli (MWCNT) prin electrochimie durabilă folosind săruri topite.
Cercetarea include contribuții de la Dr. Yuta Suzuki de la Harris Science Research Institute și domnul Tsubasa Takeda de la Departamentul de Știință a Mediului și Modelare Matematică. Studiul a fost publicat în revista citată mai sus.
Echipa de studiu a folosit o abordare electrochimică durabilă pentru a converti CO2 în MWCNT utilizând topitura LiCl-KCl. Sărurile topite au fost saturate cu CO2 gazos, iar electrodul a fost un substrat de nichel (Ni) semi-immers. La sfârșitul procedurii, CO2 furnizat a fost transformat electrochimic în carbon solid. O reacție de reducere la interfața electrod Ni/top topitură LiCl-KCl/CO2 a dus la conversia verde.
S-a studiat reducerea electrochimică a CO2 pe un electrod Ni în topitura LiCl-KCl la 723 K. Sub polarizare ridicată, s-a format un super menisc la interfața trifazată a electrodului Ni/LiCl-KCl topitură/CO2 gaz, unde a progresat reducerea electrochimică directă a CO2 la carbon solid. Carbonul solid a fost obținut în zona umedă a electrodului de Ni, precum și în sarea topită în vrac prin tehnica electrochimică.
După evaluarea carbonului depus de electrozi cu tehnici de microscopie electronică și analiză elementară, s-a descoperit că materialul carbonic produs consta din MWCNT, nanostructuri fezabile comercial cu diametre cuprinse între 30 și 50 nm.
Modificări și observații
Cercetătorii au modificat apoi tensiunea aplicată și timpul de reacție, observând modificări vizibile ale MWCNT-urilor. După creșterea timpului de electroliză de la 10 la 180 de minute, înălțimea MWCNT-urilor produse a crescut.
”Am studiat dependența potențialului aplicat și a timpului electrolitic de morfologia și cristalinitatea carbonului electrodepus. Pe baza rezultatelor noastre experimentale, am propus un model pentru formarea MWCNT-urilor pe electrodul Ni.”, afirmă Takuya Goto, profesor, Universitatea Doshisha
Abordarea propusă pentru producerea de MWCNT din CO2 este împărțită în trei etape. La interfața topitură Ni/LiCl-KCl/CO2, CO2 este redus la atomi de carbon în prima etapă. Atomii de carbon electrodepuși creează compuși Ni-C (cum ar fi NiC) pe suprafața electrodului de Ni în timpul celei de-a doua etape.
În cele din urmă, când este atinsă limita de solubilitate a carbonului în compușii Ni-C, MWCNT-urile de formă cilindrică răsar de la marginea compușilor Ni-C produși în a doua etapă.
Un mecanism unic
Pe scurt, cercetarea a identificat un mecanism unic pentru transformarea durabilă a CO2 în materiale carbonice viabile comercial. În plus, deoarece nu sunt utilizați combustibili fosili, tehnica electrochimică utilizată este sustenabilă din punct de vedere ecologic.
În plus, utilizarea sărurilor topite la temperatură înaltă este nouă, deoarece permite conversia directă a CO2 gazos în MWCNT.
”Rezultatele noastre indică faptul că CO2 poate fi transformat în materiale funcționale carbonice. Prin combinarea anozilor neconsumabile care dezvoltă oxigen, această tehnică poate contribui la dezvoltarea unei tehnologii de reciclare a carbonului care nu numai că va rezolva problemele globale de mediu, ci va juca și un rol important în economiile de preț al carbonului. Procesul de producție a materialelor, care nu utilizează combustibili fosili, va contribui la realizarea unei societăți durabile în viitorul apropiat.”, susține și Takuya Goto, profesor, Universitatea Doshisha
(Referință: Suzuki, Y., şi colab. (2023). Formarea electrochimică directă a materialului carbonic din CO2 în topitura LiCl-KCl. Electrochimica Acta. doi.org/10.1016/j.electacta.2023.142464.)
