DYNACAT: Dinamične fazne formacije in razvoj elektrokatalizatorjev za izboljšano zajemanje in pretvorbo ogljika

Podnebne spremembe in energetska kriza sta dandanes najbolj zaskrbljujoči težavi v človeški družbi. Za reševanje le teh je potrebno najti načine za zmanjšanje sproščanja CO2 v ozračje in zmanjšanje uporabe fosilnih goriv, tako da jih nadomestimo z zeleno energijo. Elektrokemijska redukcija CO2 (CO2RR) je način, pri katerem se CO2 uporablja za proizvodnjo dragocenih več-ogljičnih kemikalij in goriv, in lahko tako ublaži obe težavi. Ta elektrokemijski postopek je lahko učinkovit le, če se za spodbujanje redukcijske reakcije uporabljajo visoko aktivni elektrokatalizatorji, katerih lastnosti so močno odvisne od morfologije, oblike in strukture uporabljenih materialov. Z ustreznimi karakterizacijskimi orodji je pomembno razumeti razmerje med strukturnimi lastnostmi in učinkovitostjo teh katalizatorjev. Resnično naravo reakcij je mogoče odkriti le, če jih preučujemo v realnih ali vsaj blizu realnim pogojem; z in-situ karakterizacijskimi metodami. Elektrokemijska in-situ presevna elektronska mikroskopija s tekočinsko celico (EC-LC TEM) je tehnika, ki lahko zagotovi primerno korelacijo med tvorbo faze in razvojem z elektrokemijsko aktivnostjo, hkrati pa opazuje proces v tekočem okolju v realnem času z neprimerljivo prostorsko, časovno in energijsko ločljivostjo. S to najsodobnejšo tehniko ni mogoče zaznati le morfologije, temveč tudi strukturo, kemično sestavo in razvoj elektronske strukture ob hkratnem snemanju elektrokemijskih lastnosti. S postopkom elektrodepozicije je možno neposredno sintetizirati preučene materiale v tekoči celici TEM z nadzorom želene oblike / strukture za večjo učinkovitost ustrezne katalitske reakcije, v povezavi z elektrokemičnimi podpisi. Sintetizirane strukture bi lahko nadalje analizirali glede njihovih katalitičnih lastnosti. V tem projektu je predlagana analiza elektrodepozicije in elektrokatalitske učinkovitosti bakra in zlata za načrtovanje visoko učinkovitih elektrokatalizatorjev za CO2RR. Tehnika TEM elektrokemijske tekočinske celice in-situ se bo uporabljala za preučevanje procesov v realnih reakcijskih pogojih s pomočjo tekočega elektrolita, hkrati pa spremljala razvoj v realnem času. S korelacijo oblike / strukture nanosov Cu in Au z elektrokemičnimi podpisi bomo dosegli temeljno razumevanje tvorbe in rasti faze katalizatorja. Poleg tega bodo sintetizirane strukture Cu in Au v reducirnih pogojih izpostavljene CO2 nasičenim elektrolitom, njihov razvoj med katalizacijsko reakcijo pa bo spremljan in povezan z elektrokemijskimi lastnostmi. Poleg tega bo razvit model radiolize za zanesljivo interpretacijo opazovanih pojavov pod visokoenergijskim elektronskim snopom. Poskusi ex-situ TEM bodo izvedeni pred poskusi na kraju samem, najprej, da se določijo ustrezni parametri procesa za eksperimente in-situ in drugič, da se ustvari primerjalno merilo za mikroskopska opazovanja. Združeni rezultati in-situ, ex-situ in modeliranja bodo med seboj povezani, da se bo razumelo katalitske strukture in njihov razvoj v dejanskih reakcijskih pogojih. Pridobljeni eksperimentalni rezultati na podlagi odnosov morfologija-struktura katalizatorja katalizatorja v kombinaciji z modelom radiolize bodo uporabljeni za oblikovanje in oblikovanje katalizatorjev z večjo aktivnostjo / selektivnostjo / stabilnostjo za reakcije pretvorbe CO2 z visokim izkoristkom v izdelke z več ogljikovimi ogljiki z dodano vrednostjo.