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La maggior parte delle nostre richieste energetiche globali viene ancora soddisfatta bruciando combustibili fossili, la qual cosa contribuisce all'effetto serra attraverso il rilascio di CO2. Per ridurre il riscaldamento globale, dobbiamo cercare opportunità per utilizzare la CO2 come materia prima per i prodotti chimici di base. Attraverso la conversione elettrocatalitica di CO2 utilizzando energia rinnovabile, potrebbe essere stabilito un ciclo del carbonio artificiale a impatto climatico zero.
L'energia in eccesso prodotta dal fotovoltaico e dall'energia eolica potrebbe essere immagazzinata attraverso la produzione elettrocatalitica di combustibili da CO2. Questi potrebbero quindi essere bruciati secondo necessità. La conversione in combustibili liquidi sarebbe vantaggiosa perché hanno un'alta densità di energia e sono sicuri da immagazzinare e trasportare. Tuttavia, la formazione elettrocatalitica di prodotti con due o più atomi di carbonio (C2+) è molto impegnativa.
Un team dell'Università di Foshan (Foshan, Guangdong), dell'Università della Scienza e della Tecnologia della Cina (Hefei, Anhui) e dell'Università Xi'an Shiyou (Xi'an, Shaanxi), guidati da Fei Hu, Tingting Kong, Jun Jiang e Yujie Xiong ha ora sviluppato un nuovo elettrocatalizzatore che converte in modo efficiente CO2 in combustibili liquidi con più atomi di carbonio (C2-4). I prodotti primari sono etanolo, acetone e n-butanolo.
Per realizzare l'elettrocatalizzatore, nastri sottili di una lega di rame/titanio sono incisi con acido fluoridrico per rimuovere il titanio dalla superficie. Ciò si traduce in un materiale chiamato a-CuTi@Cu, con una superficie di rame porosa su una lega CuTi amorfa. Ha centri di rame cataliticamente attivi con attività, selettività e stabilità notevolmente elevate per la riduzione dei prodotti da CO2 a C2+. Al contrario, la lamina di rame puro produce prodotti C1 ma quasi nessun prodotto C2+.
La reazione comporta un processo di trasferimento di elettroni a più fasi attraverso vari momenti intermedi. Nel nuovo elettrocatalizzatore, gli atomi di titanio inattivi sotto la superficie svolgono un ruolo importante, aumentano la densità elettronica degli atomi di Cu sulla superficie. Ciò stabilizza l'adsorbimento di *CO, l'intermedio chiave nella formazione di prodotti multicarbonio, consente un'elevata copertura della superficie con *CO e abbassa la barriera energetica del *CO man mano che si formano nuovi legami carbonio-carbonio.