世界各地的研究小组正在开发将二氧化碳(CO2)转化为工业应用原材料的技术。在工业相关条件下进行的大多数实验都是用非均相电催化剂进行的，即与反应物质处于不同化学相的催化剂。然而，与反应物处于同一相的均相催化剂通常被认为效率更高，选择性更强。到目前为止，还没有任何装置可以在工业条件下测试均相催化剂。
由波洪鲁尔大学和奥伯豪森弗劳恩霍夫环境、安全和能源技术研究所的Kevinjeorjios Pellumbi和Ulf-Peter Apfel教授领导的一个团队现在已经缩小了这一差距。研究人员在《细胞报告-物理科学》杂志上概述了他们的发现。文章发表于2023年12月13日。
Ulf-Peter Apfel说:“我们的工作旨在推动技术的发展，以建立一种有效的二氧化碳转化解决方案，将破坏气候的气体转化为有用的资源。”他的团队与林茨约翰内斯开普勒大学沃尔夫冈教授Schöfberger和柏林弗里茨哈伯研究所的研究人员领导的团队合作。
效率和持久的稳定性
该团队探索了利用电催化转化二氧化碳的方法。在这个过程中，电压源提供电能，电能通过电极输入到反应系统，并驱动电极上的化学转化。催化剂促进反应;在均相电催化中，催化剂通常是溶解的金属络合物。在所谓的气体扩散电极中，起始材料二氧化碳流过电极，催化剂将其转化为一氧化碳。而后者又是化学工业中常用的原料。
研究人员将金属复合催化剂整合到电极表面，而不需要用化学方法将它们结合在一起。他们展示了他们的系统可以有效地转换二氧化碳:它产生的电流密度超过每平方厘米300毫安。此外，该系统在100多个小时内保持稳定，没有出现任何衰变迹象。
无需锚定催化剂
所有这些都意味着均相催化剂通常可以用于电解电池。“然而，它们确实需要一种特定的电极成分，”Ulf-Peter Apfel说。更具体地说，电极必须能够在没有溶剂的情况下直接进行气体转化，这样催化剂就不会从电极表面浸出。与专业文献中经常描述的相反，不需要将催化剂与电极表面化学偶联的载体材料。
Apfel总结道:“我们的发现开辟了在电化学过程的应用场景中测试和集成高性能且易于变化的均相电催化剂的可能性。”
