Tohoku Üniversitesi İleri Malzeme Araştırmaları Enstitüsü’ndeki (WPI-Aimr) araştırmacılar, elektrokimyasal karbon dioksit (CO₂) azaltma için yeni bir yaklaşım getirdiler. Ekip, çok katmanlı kobalt ftalosiyanin (COPC)/karbon çekirdek kabuk yapıları tasarlayarak, karbon monoksite (CO) CO₂ dönüşümünü hem kararlı hem de verimli hale getiren bir katalizör mimarisi göstermiştir.
Araştırma dergide yayınlandı Uygulamalı Kataliz B: Çevre ve Enerji.
Çalışma, büyük ölçekli veri analizi ve yapay zeka (AI) 220 moleküler adayı taramaya birleştirdi. Seçici CO üretimi için en etkili seçenek olarak ortaya çıkan mavi pigment olarak bilinen kobalt ftalosiyanin. Bu keşif, kullanımı için optimize edilmiş elektrotların oluşturulmasının temeli haline geldi.
Araştırmaya liderlik eden (WPI-Aimr) profesörü Hiroshi Yabu, “İzole moleküllerin en iyi performans gösterdiği geleneksel düşüncenin ötesine geçmek istedik” dedi. “Bunun yerine, sonuçlarımız bu moleküllerin sıralı katmanlarda istiflenmesinin çok daha güçlü bir katalitik etki yarattığını göstermektedir.”
Ekip, COPC’nin iletken karbon parçacıkları etrafında kristal katmanlar oluşturduğu hibrit bir tasarım yarattı. Bu çok katmanlı çekirdek kabuk katalizörü yüksek akım yoğunluğu gösterdi ve zorlu elektrokimyasal koşullar altında bile uzun süreli çalışma için% 90’ın üzerinde CO seçiciliği gösterdi.
Çalışmanın merkezi bir içgörü, geliştirilmiş performansın bireysel moleküller yerine çok katmanlı düzenlemeden kaynaklanmasıdır. Deneyler, sıralı istiflemenin katalizör yüzeyinde yük aktarımını teşvik ettiğini ortaya çıkarırken, teorik hesaplamalar bu elektronik etkinin katalitik aktiviteyi önemli ölçüde arttırdığını doğruladı.
Yabu, “Bu proje, veri odaklı malzeme seçiminin nano ölçekli tasarımla birleştirilmesinin, co₂ geri dönüşüm için nasıl yeni talimatları ortaya çıkarabileceğini gösteriyor.” “Yapıları sistematik olarak tahmin etme ve test etme yeteneği, pratik uygulamalara daha hızlı hareket etmemize yardımcı olacaktır.”
Bulgular, çok katmanlı moleküler mimarilerin, sadece co₂-co dönüşümü için değil, aynı zamanda temiz enerji üretimine merkezi diğer reaksiyonlar için daha etkili katalizörlere bir yol sunabileceğini düşündürmektedir.
Araştırmacılar şimdi sistemi endüstriyel koşullar altında test etmeyi ve benzer tasarımların hidrojen veya amonyak üretimini geliştirip geliştiremeyeceğini keşfetmeyi planlıyorlar.
Tanıdık bir materyalin – bir kez çoğunlukla pigment olarak kullanılabilir – sürdürülebilir teknolojiler için nasıl yeniden tasarlanabileceğini göstererek, çalışma karbon geri dönüşümünde yaratıcı katalizör tasarımının rolünün altını çiziyor.
Çalışma, yakıt ve kullanışlı kimyasallar üretirken ortak emisyonları azaltmaya yardımcı olabilecek pratik sistemlere doğru bir adım işaret ediyor.
