Tandem-Einzelatom-Elektrokatalysator realisiert die Reduktion von CO2 zu Ethanol

Vielversprechende Strategie zur Verringerung der Kohlendioxidemissionen

20.11.2023

Die elektrochemische CO₂-Reduktionsreaktion (CO₂RR) zu kohlenstoffbasierten Kraftstoffen ist eine vielversprechende Strategie zur Verringerung der CO₂-Emissionen und fördert die Nutzung erneuerbarer Energien.

Die flüssigen C_n (n≥2)-Produkte sind wegen ihrer hohen Energiedichte und einfachen Lagerung wünschenswert. Die Manipulation des C-C-Kopplungsweges bleibt jedoch aufgrund des begrenzten mechanistischen Verständnisses eine Herausforderung.

Kürzlich hat eine Forschungsgruppe unter der Leitung von Profs. ZHANG Tao und HUANG Yanqiang vom Dalian Institute of Chemical Physics (DICP) der Chinesischen Akademie der Wissenschaften (CAS) einen Tandem-Elektrokatalysator auf Sn-Basis (SnS2@Sn₁-O3G) entwickelt, der reproduzierbar Ethanol mit einem Farada-Wirkungsgrad von bis zu 82,5 % bei -0,9VRHE und einer geometrischen Stromdichte von 17,8 mA/cm² erzeugen kann. Die Studie wurde am 30. Oktober in Nature Energy veröffentlicht.

Die Forscher stellten den SnS₂@Sn₁-O3G durch solvothermische Reaktion von SnBr₂ und Thioharnstoff auf einem dreidimensionalen Kohlenstoffschaum her. Der Elektrokatalysator bestand aus SnS₂-Nanoblättern und atomar dispergierten Sn-Atomen (Sn₁-O3G).

Eine mechanistische Studie zeigte, dass dieses Sn₁-O3G*CHO- und *CO(OH)-Zwischenprodukte adsorbieren kann und somit die Bildung von C-C-Bindungen über einen noch nie dagewesenen Weg der Formyl-Bicarbonat-Kopplung fördert.

Darüber hinaus verfolgten die Forscher mit Hilfe von isotopisch markierten Reaktanten den Weg der C-Atome im C₂-Endprodukt, das über den Sn₁-O3G-Katalysator gebildet wurde. Diese Analyse ergab, dass das Methyl-C im Produkt aus Ameisensäure stammt, während das Methylen-C aus CO₂ stammt.

"Unsere Studie liefert eine alternative Plattform für die Bildung von C-C-Bindungen für die Ethanolsynthese und bietet eine Strategie zur Manipulation der CO₂-Reduktionswege hin zu gewünschten Produkten", so Prof. HUANG.

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Originalveröffentlichung

Jie Ding, Hong Bin Yang, Xue-Lu Ma, Song Liu, Wei Liu, Qing Mao, Yanqiang Huang, Jun Li, Tao Zhang, Bin Liu; "A tin-based tandem electrocatalyst for CO2 reduction to ethanol with 80% selectivity"; Nature Energy, 2023-10-30

https://www.chemie.de/news/1182069/tandem-einzelatom-elektrokatalysator-realisiert-die-reduktion-von-co2-zu-ethanol.html