Wissenschaftler der Cornell University haben die 120 Jahre alte Cottrell-Gleichung überarbeitet, um die Reaktionen zu verstehen, die Kohlendioxid durchläuft, wenn es der Elektrochemie ausgesetzt wird, mit dem Ziel, das Gas in nützliche Produkte umzuwandeln. Forscher glauben, dass die klassische Gleichung Elektrochemikern dabei helfen kann, Reaktionen zu steuern, um wünschenswerte Produkte wie Ethylen, Ethan oder Ethanol zu erzeugen und so ein Umweltproblem effektiv in eine erneuerbare Ressource umzuwandeln.
Wissenschaftler der Cornell University haben eine jahrhundertealte elektrochemische Gleichung, die Cottrell-Gleichung, überarbeitet, um dabei zu helfen, atmosphärisches Kohlendioxid in ein funktionelles Produkt umzuwandeln und Treibhausgase zu verwalten.
Diese Gleichung, benannt nach dem Chemiker Frederick Gardner Cottrell, der sie 1903 entwickelte, dient heute modernen Forschern als wertvolles Werkzeug. Durch die Anwendung der Elektrochemie in einer kontrollierten Laborumgebung können Wissenschaftler ein klareres Verständnis der vielfältigen Wechselwirkungen erlangen, denen Kohlendioxid unterliegen kann.
Die elektrochemische Reduktion von Kohlendioxid bietet die Möglichkeit, das Gas von einer Umweltbelastung in einen Rohstoff für chemische Produkte oder als Mittel zur Speicherung erneuerbarer Elektrizität in Form chemischer Bindungen umzuwandeln, wie es die Natur tut.
Ihre Arbeit wurde in der Zeitschrift veröffentlicht ACS-Katalysator.
sagte Hauptautor Rileigh Casebolt DiDomenico, ein Doktorand der Chemieingenieurwissenschaften an der Cornell University unter der Leitung von Professor Tobias Hanrath.
„Wenn wir die Reaktion besser kontrollieren können, können wir machen, was wir wollen, wann wir es wollen“, sagte DiDomenico. „Die Cottrell-Gleichung ist das Werkzeug, das uns dabei hilft, dorthin zu gelangen.“
Die Gleichung ermöglicht es dem Forscher, experimentelle Parameter für die Aufnahme von Kohlendioxid und seine Umwandlung in nützliche Kohlenstoffprodukte wie Ethylen, Ethan oder Ethanol zu definieren und zu steuern.
Viele Forscher nutzen heute fortschrittliche Rechenmethoden, um ein detailliertes atomares Bild der Prozesse auf der Katalysatoroberfläche zu liefern. Diese Methoden beinhalten jedoch oft mehrere subtile Annahmen, die einen direkten Vergleich mit Experimenten erschweren, sagte der leitende Autor Tobias Hanrath.
„Das Schöne an dieser alten Gleichung ist, dass es nur sehr wenige Annahmen gibt“, sagte Hanrath. „Wenn man empirische Daten einbezieht, bekommt man ein besseres Gefühl für die Wahrheit. Es ist ein alter Klassiker. Das ist der Teil, den ich schön fand.“
„Weil die Cottrell-Gleichung älter ist“, sagte DiDomenico, „war eine vergessene Technik.
Referenz: „Mechanistische Einblicke in die Bildung von Kohlendioxid und Kohlendioxidprodukten bei der elektrochemischen Reduktion von Kohlendioxid – die Rolle der Kettenübertragung von Ladung und chemischen Reaktionen“ von Reilly Caspolte de Domenico, Kelsey Levine, Lila Remanis, Hector de Abroena und Tobias Hanrath, 27. März 2023 und ACS-Katalysator.
DOI: 10.1021/acscatal.2c06043
Die Studie wurde von der National Science Foundation, einem Cornell Energy Systems Institute-Corning Graduate Fellowship und der Cornell Engineering Learning Initiative finanziert.
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