İnqrid Fadelli , Phys.org tərəfindən

Sadie Harley tərəfindən redaktə edilib , Robert Egan tərəfindən nəzərdən keçirilib

 Redaktorların qeydləriTurşu ilə qidalanan axın hüceyrəsində elektrokimyəvi karbon qazının çoxkarbonlu məhsullara çevrilməsi üçün yodidin mis üzərində stimullaşdırıcı təsirinin xülasəsi. a, Ənənəvi OC-C(H)O birləşmə yolunun və təklif olunan OC-COOH birləşmə yolunun sxematik təsviri; b, Mis nanopartiküllərinin səthində yodid ionlarının güclü adsorbsiyası; c, Turşu ilə qidalanan axın hüceyrəsində karbon qazının etilenə çevrilməsi üçün yodidin mis üzərində stimullaşdırıcı təsiri. Müəllif: Ding və digərləri ( Nature Energy , 2025).

Karbon qazının (CO₂) emissiyası Yer kürəsində hava çirkliliyinə və iqlim dəyişikliyinə səbəb olan əsas amillərdən biridir. Son illərdə enerji mühəndisləri havada CO₂-nun mövcudluğunu azalda biləcək sistemlər hazırlamağa çalışırlar.

Ümidverici yanaşmalardan biri CO₂-nun elektrokimyəvi CO₂ reduksiya reaksiyası (CO₂RR) vasitəsilə etilen kimi faydalı karbon əsaslı kimyəvi maddələrə çevrilməsini əhatə edir . Etilen plastik əşyaların, qablaşdırmaların və digər neft-kimya məhsullarının hazırlanmasında geniş istifadə olunan rəngsiz və alovlanan bir qazdır.

Əvvəllər tətbiq edilən CO₂ reduksiya sistemlərinin əksəriyyəti istənilən reaksiyanı yalnız qələvi və ya neytral mühitlərdə (yəni, orta və yüksək pH olan məhlullarda) başlada bilər. Təəssüf ki, CO₂ bu məhlullarla reaksiyaya girə bilər və bu da qazı tutan və onun digər istənilən birləşmələrə çevrilmə səmərəliliyini azaldan birləşmələrin (yəni karbonatlar və ya bikarbonatlar) əmələ gəlməsinə səbəb olur.

Nature Energy jurnalında dərc olunmuş məqalədə Soochow Universitetinin tədqiqatçıları bu məhdudiyyəti aradan qaldıra biləcək yeni bir yanaşma təqdim edirlər ki, bu da karbonatlar və bikarbonatlar əmələ gəlmədən turşu mühitində CO₂-nun etilenə və ya digər kimyəvi maddələrə çevrilməsinə imkan verir. Onların təklif etdiyi strategiya elektrolitlərə (yəni, CO₂RR sistemlərində elektrik yükü keçirən və kimyəvi reaksiyaları aktiv şəkildə formalaşdıran mayelərə) az miqdarda yodid ionlarının əlavə edilməsinə əsaslanır.

“Qlobal istixana qazı tullantıları artmağa davam etdikcə, karbon qazının valorizasiyası üçün miqyaslı texnologiyaların inkişafı həm vacib bir problem, həm də təcili prioritetə ​​çevrilib”, – məqalənin baş müəllifi Yanguang Li Phys.org-a bildirib.

“Müxtəlif strategiyalar arasında bərpa olunan elektrik enerjisi ilə idarə olunan elektrokimyəvi karbon qazının azaldılması xüsusilə perspektivli bir yanaşma kimi ortaya çıxmışdır. Xüsusi maraq doğuran məqam bu reaksiyanın turşulu elektrolitlərdə tətbiqidir, çünki bu, tez-tez neytral və ya qələvi mühitdə çevrilmə səmərəliliyini və cihazın ömrünü məhdudlaşdıran (bi)karbonat əmələ gəlməsini aradan qaldırır.”

İndiyə qədər turşu məhlullarında CO₂-nun elektrokimyəvi reduksiyası çətin olaraq qalmışdır. Bu, əsasən, bu mühitlərdə tez-tez hidrogen qazının da əmələ gəlməsi və bunun CO₂RR reaksiyasına mane olması və CO₂-nun istənilən kimyəvi maddələrə çevrilmə səmərəliliyini məhdudlaşdırması ilə əlaqədardır.

“Tədqiqatımız elektrolitlərin elektrokimyəvi performansa təsirinin sistematik araşdırılması zamanı əldə edilən təsadüfi bir kəşfdən qaynaqlanır”, – deyə Li bildirib.

“Əvvəlcə anionların roluna diqqət yetirsək də, gözlənilmədən aşkar etdik ki, elektrolitə halid ionlarının daxil edilməsi mislə (elektrokimyəvi karbon qazının reduksiyası üçün ən çox istifadə edilən katalizator) güclü qarşılıqlı təsirlərə səbəb olur və nəticədə performans əhəmiyyətli dərəcədə artır.”

Gündəlik məlumat üçün Phys.org-a etibar edən 100.000-dən çox abunəçi ilə elm, texnologiya və kosmosdakı ən son yenilikləri kəşf edin . Pulsuz bülletenimizə abunə olun və vacib olan nailiyyətlər, innovasiyalar və tədqiqatlar haqqında gündəlik və ya həftəlik yeniliklərdən xəbərdar olun .

Misin reaktivliyini dəyişdirmək üçün yodid ionlarından istifadə

Əvvəlki tədqiqatlarını apararkən Li və həmkarları CO₂RR sistemlərində istifadə olunan elektrolitlərə halid ionlarının əlavə edilməsinin CO₂-nu azaltmaq üçün səmərəliliyi əhəmiyyətli dərəcədə artırdığını anladılar. Yodid ionlarının sistemlərin işinə ən faydalı təsir göstərdiyi aşkar edildi.

Li izah etdi ki, “Yodid ionları etilen selektivliyini ikiqat artırdı və daha da əhəmiyyətlisi, yodsuz elektrolitlərdə qeydə alınan performansla müqayisədə tələb olunan həddindən artıq potensialı əhəmiyyətli dərəcədə azaltdı”.

Əvvəlki müşahidələrinə əsaslanaraq, tədqiqatçılar CO₂-nun etilenə çevrilməsini artırmaq üçün yeni bir strategiya hazırladılar. Əsasən, onlar CO₂RR sistemlərində istifadə olunan elektrolitlərə yodid ionlarının daxil edilməsini təklif etdilər.

Li bildirib ki, “Bu anionlar yumşaq-sərt turşu-qələvi nəzəriyyəsi ilə proqnozlaşdırılan güclü yaxınlıqlarına görə mislə kortəbii şəkildə reaksiyaya girir və bu da sabit yodidlə modifikasiya olunmuş mis səthinin əmələ gəlməsinə səbəb olur”.

“Bu səth modifikasiyası misin elektrokimyəvi xüsusiyyətlərini əhəmiyyətli dərəcədə dəyişdirir və karbon qazının reduksiya reaksiyasını daha enerjili cəhətdən əlverişli asimmetrik karbon-karbon birləşmə yoluna yönəldir, bunu operando Raman tədqiqatlarımız sübut edir.”

Tədqiqatçılar strategiyalarının həm sistemlərindəki fəaliyyəti, həm də etilen, etanol və s. kimi çoxkarbonlu məhsullar istehsal etmək qabiliyyətini yaxşılaşdırdığını aşkar etdilər.

Xüsusilə, onların təklif etdiyi yanaşma, turşu mühitlərdə sistemlərin işini daha da yaxşılaşdıra biləcək ərinti birləşmələri və qüsur mühəndisliyi kimi mövcud katalizator dizayn üsulları ilə asanlıqla birləşdirilə bilər.

“Məsələn, az miqdarda gümüş ilə ərintilənmiş mis katalizatorundan istifadə etməklə və elektrolit tərkibini daha da optimallaşdırmaqla cihazımız çoxkarbonlu məhsullar üçün amper səviyyəsində qismən cərəyan sıxlığına nail oldu ki, bu da müqayisə edilə bilən şərtlər altında bu günə qədər bildirilən ən yüksək dəyərdir”, – deyə Li bildirib.

CO₂ azaltma strategiyalarının bəzi məhdudiyyətlərinin aradan qaldırılması

Li və həmkarları tərəfindən hazırlanmış strategiya, sadəcə elektrolitlərə yodidlər əlavə etməklə turşu məhlullarında CO₂-nu azaltmağa çalışarkən rast gəlinən məlum problemləri aradan qaldırır. Gələcəkdə digər komandalar bu strategiyanı uyğunlaşdıra və onun potensialını daha da araşdıra bilərlər.

Nəticə etibarilə, komandanın səyləri sənaye müəssisələrində və ya digər real mühitlərdə CO₂ azaltma sistemlərinin etibarlı şəkildə yerləşdirilməsinə töhfə verə bilər. Komandanın ilkin nəticələri ümidverici olsa da, onların yanaşması hazırda yalnız elektrolitlərdə yodidlərin davamlı olaraq mövcud olduğu təqdirdə işləyir.

Li əlavə etdi ki, “Yodid çıxarıldıqdan sonra performans bir neçə saat ərzində pisləşir”.

“Buna görə də, hazırda yodidi elektrolitə əlavə etmək əvəzinə, onu birbaşa elektrod səthinə bərkitmək imkanını araşdırmağı planlaşdırırıq. Bu yanaşmadan istifadə edərək, az miqdarda yodid elektrolit əlavə etməklə əldə edilən performans artımlarına nail ola bilər. Bu istiqamətdə son zamanlar bəzi irəliləyişlər əldə etmişik və gələcəkdə bu nəticələri oxucularla bölüşməyi səbirsizliklə gözləyirik.”

Müəllifimiz İnqrid Fadelli tərəfindən sizin üçün yazılmış, Sadie Harley tərəfindən redaktə edilmiş və Robert Egan tərəfindən faktlar yoxlanılmış və nəzərdən keçirilmişdir — bu məqalə diqqətli insan əməyinin nəticəsidir. Müstəqil elmi jurnalistikanı yaşatmaq üçün sizin kimi oxuculara güvənirik. Bu reportaj sizin üçün vacibdirsə, xahiş edirik ianə etməyi düşünün (xüsusilə aylıq). Təşəkkür olaraq reklamsız hesab əldə edəcəksiniz .

Daha çox məlumat: Xue Ding və digərləri, Səthdə adsorbsiya olunmuş yodid ionları tərəfindən induksiya edilmiş güclü turşuda çoxkarbonlu məhsullara CO₂ elektroreduksiyasının gücləndirilməsi, Nature Energy (2025). DOI: 10.1038/s41560-025-01924-4 .

Jurnal məlumatı: Nature Energy 

© 2025 Science X Network