Sebbene l’umile rame (Cu) non possa vantare il fascino dell’oro o dell’argento, la sua notevole versatilità lo rende prezioso nella ricerca all’avanguardia. Uno sforzo di collaborazione da parte degli scienziati dell’Università di Tohoku, dell’Università delle Scienze di Tokyo e dell’Università di Adelaide ha svelato un metodo innovativo per migliorare la selettività e la sostenibilità della CO2 elettrochimica2 processi di riduzione. Progettando le superfici dei nanocluster di Cu (NC) a livello atomico, il team ha sbloccato nuove possibilità per tecnologie di conversione del carbonio efficienti ed ecologiche. Questa svolta non solo mette in mostra il potenziale di trasformazione del Cu nella chimica sostenibile, ma evidenzia anche l’impatto critico della collaborazione globale nell’affrontare sfide urgenti come le emissioni di carbonio.
I risultati sono stati pubblicati in Piccolo il 4 dicembre 2024.
CO elettrochimica2 reazioni di riduzione (CO2RR) hanno raccolto una notevole attenzione negli ultimi anni per il loro potenziale di trasformazione della CO2 atmosferica in eccesso2 in prodotti di valore. Tra i vari nanocatalizzatori studiati, i NC si sono distinti grazie ai loro distinti vantaggi rispetto alle nanoparticelle più grandi. All’interno di questa famiglia, i Cu NC si sono mostrati molto promettenti, offrendo la formazione di prodotti variabili, elevata attività catalitica e sostenibilità. Nonostante questi vantaggi, ottenere un controllo preciso sulla selettività del prodotto su scala industriale rimane una sfida. Di conseguenza, la ricerca attuale è intensamente focalizzata sul perfezionamento di queste proprietà per sbloccare l’intero potenziale dei Cu NC per la CO sostenibile2 conversione.
“Per raggiungere questo traguardo, il nostro team ha dovuto modificare i NC su scala atomica”, spiega il professor Yuichi Negishi dell’Università di Tohoku, “Tuttavia, è molto impegnativo poiché la geometria dei NC dipendeva fortemente dalle parti precise che dovevamo modificare . Era come cercare di spostare un pilastro portante di un edificio.”
Hanno sintetizzato con successo due NC Cu₁₄ con architetture strutturali identiche alterando i ligandi tiolati (PET: 2-feniletantiolato; CHT: cicloesanetiolato) sulle loro superfici. Per superare questa limitazione è stato necessario lo sviluppo di una strategia di riduzione attentamente controllata, che ha consentito la creazione di due NC strutturalmente identici con ligandi distinti: un significativo passo avanti nella progettazione dei NC. Tuttavia, il team ha osservato variazioni nella stabilità di questi NC, attribuite a differenze nelle interazioni tra cluster. Queste disparità svolgono un ruolo cruciale nel plasmare la sostenibilità di queste NC durante le applicazioni catalitiche.
Sebbene questi NC condividano geometrie quasi identiche derivate da due diversi ligandi tiolati, dimostrano una selettività di prodotto marcatamente diversa quando la loro attività catalitica per la CO2 è stata testata la riduzione Queste variazioni influiscono sull’efficienza complessiva e sulla selettività della CO2RR.
Negishi conclude: “Questi risultati sono fondamentali per far avanzare la progettazione di Cu NC che combinano stabilità con elevata selettività, aprendo la strada a CO elettrochimica più efficiente e affidabile2 tecnologie di riduzione.”
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