由凯斯西储大学团队领导的开创性研究旨在将温室气体转化为有价值的电力产品

凯斯西储大学的研究人员正在开发将废物转化为燃料和其他产品的方法，使用节能且由可再生能源驱动的工艺。

更具体地说，他们即将解决使用电力将二氧化碳（CO₂）（一种主要的温室气体）转化为有价值的化学品的挑战。

CO₂ 可以成为制造商品化学品和燃料的有用原料。但是产生必要反应的过程并不容易，因为它需要高压、高温和特殊材料。

“我们的现代社会迫切需要_{能够从废物} 甚至空气中捕获二氧化碳的技术，并在良性条件下将其转化为产品，”凯斯工程学院化学工程教授Burcu Gurkan说。“二氧化碳的电化学转化是一个悬而未决的问题，已有150多年的历史。

迄今为止，研究主要集中在开发催化剂材料和了解水基电解质中高能耗的CO₂ 转化反应上。然而，挑战依然存在，因为水基系统的二氧化碳排放能力_有限。此外，该过程还包括不需要的副反应，例如氢气排放。

但在今年秋天发表在欧洲杂志《Angewandte Chemie》上的一项研究中，凯斯西储研究小组证明，他们开发的离子液体在电化学过程中有效地捕获和转化了CO₂ 。

离子液体是熔化温度低于 100 摄氏度的盐。Gurkan 团队开发的那些在室温下是液态的。这些离子液体的独特之处在于它们具有很高的 CO₂ 捕获能力并保持电化学稳定性。结果，该团队实现了所需的电化学过程。

“我们的方法侧重于离子液体电解质，由于动力学效应，由于动力学效应可以进一步调整，这要归功于离子液体设计的灵活性，”Gurkan说。

这项研究由Gurkan小组的博士生Oguz Kagan Coskun领导，结合光谱和电分析技术，揭示了离子液体激活铜电极表面CO₂ 还原反应所需的基本机制。

该小组报告说，需要更少的能量来驱动反应，并指出这可能导致产生各种工业相关产品，而没有传统电解过程中发现的不需要的副产品。

此外，该报告还解释了影响反应环境性质的关键方面，以便有效利用 CO₂。这些额外的信息有助于更深入地了解反应环境，特别是关于非常规电解质。

该团队计划进一步检查各个反应步骤，为后续的电解质设计提供信息。最终目标：更好地控制反应中的化学物质，并推进 CO₂ 回收的电化学方法。

该研究的合著者包括凯斯工程学院的博士后研究员Saudagar Dongare和博士生Aidan Klemm。这项工作得到了古尔坎国家科学基金会职业奖的支持，该基金会的化学、生物工程、环境和运输系统部。

他们的研究得到了纽约大学博士后研究员布莱恩·多尔蒂（Brian Doherty）和马克·塔克曼（Mark Tuckerman）教授的量子计算的补充。

Gurkan 还是 4C（关闭碳循环中心）的研究员，该中心专注于 CO₂ 的联合捕获和电化学转化。此外，她还是CWRU的BEES2（用于储能的突破性电解质）的副主任，该研究所专注于了解结构化电解质中的基本电化学过程;两者都是美国能源部的能源前沿研究中心。

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有关更多信息，请联系 Bill Lubinger，电话 [email protected]。