Przekształcenie gazów cieplarnianych w paliwo
Reakcje elektrochemiczne z udziałem związków zawierających azot (N) lub węgiel (C) odgrywają dużą rolę w konwersji, przechowywaniu i wykorzystywaniu energii. Polegają one na przemianie energii elektrycznej na energię chemiczną poprzez wytwarzanie i rozbijanie wiązań chemicznych, konwersję cząsteczek gazów cieplarnianych i usuwanie toksycznych związków z strumieni odpadów. Celem finansowanego ze środków UE projektu GHGELCAT (Electrocatalysis of greenhouse gases to fuels or chemical feedstocks on well-characterized materials) było lepsze zrozumienie podstawowych procesów zachodzących podczas konwersji elektrochemicznych w cyklach N i C. Naukowcy zbadali bardzo złożone i jeszcze w pewnym stopniu nieznane mechanizmy odpowiedzialne za redukcję emisji gazów, takich jak dwutlenek węgla i tlenki azotu w atmosferze. To dlatego, że większość badań w tej dziedzinie nie została przeprowadzona na dobrze scharakteryzowanych powierzchniach. Zespół GHGELCAT wykorzystał powierzchnie modelowe w celu uzyskania niezbędnych informacji na temat ważnych etapów tworzenia wiązań C-C lub N-N i zrozumienia reakcji zachodzących w gazach cieplarnianych. Wykorzystano czujniki platynowe do zbadania reakcji utleniania amoniaku i redukcji azotynu do azotu gazowego. Mechanizm reakcji utleniania amoniaku przeprowadzonej na czujniku Pt(100) obejmował etap deprotonacji, a następnie przeniesienia elektronu i utworzenia wiązania N-N – etap, który nie jest wychwytywany przez istniejące mechanizmy. Redukcja tlenku azotu dała ten sam produkt końcowy (amoniak) na czujnikach Pt(111) i Pt(100), ale reakcja ta odbywa się za pomocą dwóch różnych mechanizmów. Wyniki pokazały, że selektywność, a nawet mechanizm reakcji elektrochemicznych z udziałem związków zawierających N lub C mogą być silnie zależne od struktury powierzchni. Dlatego też mechanizmy reakcji odkryte dla konkretnych powierzchni i powłok nie mogą być bezpośrednio ekstrapolowane w przypadku elektrod o innej strukturze. To odkrycie ma istotny wpływ na elektrokatalizę.
Słowa kluczowe
Gazy cieplarniane, elektrokataliza, surowce chemiczne, GHGELCAT, struktura powierzchni
