צוות חוקרים פיתח פרדיגמת מחקר חדשה המפשטת את ההבנה כיצד מבני זרז משפיעים על התגובות שלהם. המחקר התמקד בתגובת הפחתת CO2 האלקטרוכימית באמצעות זרזים מבוססי טין-אוקסיד, וחשפה תובנות חיוניות לגבי המינים הפעילים של פני השטח וביצועיהם. פריצת דרך זו מאפשרת תכנון מותאם של זרזים יעילים וסוללת את הדרך לחקירה נוספת של תגובות אלקטרוקטליטיות, במטרה לשפר את הפיתוח של זרזים חשמליים בעלי ביצועים גבוהים.
בהתקדמות משמעותית במאבק בשינויי האקלים ובמעבר לקיימות, צוות חוקרים הציג מסגרת מחקר חדשה המפשטת את ההבנה כיצד מבני זרז משפיעים על תגובותיהם.
פרטים על פריצת הדרך של החוקרים פורסמו בכתב העת Angewandte Chemie.
הבנה כיצד פני השטח של זרז משפיעים על פעילותו יכולה לסייע בתכנון של מבני זרז יעילים לדרישות תגובתיות ספציפיות. עם זאת, לתפוס את המנגנונים שמאחורי מערכת היחסים הזו אינה משימה פשוטה בהתחשב במיקרו-סביבה הממשקית המסובכת של אלקטרו-זרזים.
"כדי לפענח זאת, חידדנו את התגובה האלקטרוכימית להפחתת CO2 (CO2RR) בזרזים מבוססי תחמוצת פח (Sn-O)", מציין האו לי, פרופסור חבר במכון המתקדם לחקר חומרים באוניברסיטת טוהוקו (WPI-AIMR) ) והמחבר המקביל של המאמר. "בכך, לא רק חשפנו את המשטח הפעיל מִין של זרזים מבוססי SnO2 במהלך CO2RR, אך גם יצר מתאם ברור בין מפרט פני השטח וביצועי CO2RR."
פרדיגמת המחקר הסטנדרטית חושפת את יחסי המבנה-תכונה-פעילות עבור תגובת הפחתת CO2 האלקטרוכימית (CO2RR) על פני SnO2. תמונה זו ממחישה את שחזור פני השטח המושרה על ידי מקומות פנויים בחמצן (1/1 ML כיסוי) ומינים פעילי שטח (שכבת Sn) האחראים לייצור HCOOH סלקטיבי. קרדיט: Hao Li et al.
שיטה מבטיחה להפחתת CO2
CO2RR מוכר כשיטה מבטיחה להפחתת פליטת CO2 והפקת דלקים בעלי ערך גבוה, עם פורמי חוּמצָה (HCOOH) הוא מוצר ראוי לציון בגלל היישומים השונים שלו בתעשיות כמו תרופות, מטלורגיה ושיקום סביבתי.
השיטה המוצעת סייעה לזהות את מצבי השטח האמיתיים של SnO2 האחראים לביצועים שלו בתגובות הפחתת CO2 בתנאים אלקטרוקטליטיים ספציפיים. יתרה מכך, הצוות אישר את ממצאיהם באמצעות ניסויים באמצעות צורות SnO2 שונות וטכניקות אפיון מתקדמות.
לי ועמיתיו פיתחו את המתודולוגיה שלהם על ידי שילוב של מחקרים תיאורטיים עם טכניקות אלקטרוכימיות ניסיוניות.
"גשרנו על הפער בין התיאורטי לניסוי, והצענו הבנה מקיפה של התנהגות זרז בתנאים אמיתיים בתהליך", מוסיף לי.
צוות המחקר מתמקד כעת ביישום מתודולוגיה זו למגוון תגובות אלקטרוכימיות. בעשייתם, הם מקווים לחשוף יותר על מתאמי מבנה-פעילות ייחודיים, ולהאיץ את התכנון של זרזים חשמליים בעלי ביצועים גבוהים וניתנים להרחבה.
