Bước đột phá mới nhất trong nghiên cứu giảm lượng khí carbon dioxide liên quan đến chất xúc tác gốc thiếc mới được phát triển để sản xuất ethanol một cách hiệu quả và thể hiện một bước tiến lớn trong công nghệ năng lượng tái tạo. Việc chuyển đổi phản ứng khử carbon dioxide điện hóa (CO2RR) thành nhiên liệu gốc carbon mang lại một chiến lược đầy hứa hẹn nhằm giảm lượng khí thải carbon dioxide và thúc đẩy việc sử dụng năng lượng tái tạo.
Thách thức trong việc giảm lượng CO2
Cn (n ≥2) các sản phẩm dạng lỏng được ưa chuộng vì mật độ năng lượng cao và dễ bảo quản. Tuy nhiên, việc điều khiển các con đường ghép C-C vẫn là một thách thức do hiểu biết cơ học còn hạn chế.
Gần đây, một nhóm nghiên cứu do Giáo sư Zhang Tao và Giáo sư Huang Yanqiang dẫn đầu đã tiến hành một nghiên cứu đột phá tại Đại học California, Los Angeles. Một nhóm nghiên cứu do Giáo sư Zhang Tao và Huang Yanqiang từ Viện Vật lý Hóa học Đại Liên, Viện Hàn lâm Khoa học Trung Quốc dẫn đầu, đã phát triển một chất xúc tác điện song song dựa trên thiếc (SnS2@Sn1-O3G). Trong điều kiện -0,9 VRHE và mật độ dòng hình học 17,8 mA/cm2, chất xúc tác có thể tạo ra etanol với hiệu suất Faradaic cao tới 82,5%.
Nghiên cứu gần đây đã được công bố trên tạp chí khoa học Nature Energy.
Các nhà nghiên cứu đã tạo ra SnS2@Sn1-O3G bằng cách thực hiện phản ứng hòa tan nhiệt của SnBr2 và thiourea trên bọt carbon ba chiều. Chất xúc tác điện này bao gồm các tấm nano SnS2 và các nguyên tử Sn phân tán nguyên tử (Sn1-O3G).
Các nghiên cứu cơ học cho thấy Sn1-O3G này có thể hấp phụ các chất trung gian *CHO và *CO(OH) tương ứng, do đó thúc đẩy sự hình thành liên kết C-C thông qua con đường liên kết formyl-bicarbonate chưa từng có.
Ngoài ra, bằng cách sử dụng các chất phản ứng được đánh dấu đồng vị, các nhà nghiên cứu đã tìm ra con đường hình thành của các nguyên tử C trong sản phẩm C2 cuối cùng được hình thành trên chất xúc tác Sn1-O3G. Phân tích cho thấy methyl C trong sản phẩm có nguồn gốc từ axit formic, trong khi methylene C có nguồn gốc từ carbon dioxide.
Giáo sư Huang cho biết: "Nghiên cứu của chúng tôi cung cấp một nền tảng thay thế cho việc hình thành liên kết C-C trong quá trình tổng hợp ethanol và cung cấp chiến lược điều khiển quá trình giảm lượng carbon dioxide để thu được sản phẩm mong muốn."