Siamuk Olena

Zakład Chemii Nieorganicznej i Analitycznej
Pracownia Elektroanalizy i Elektrokatalizy Chemicznej

Elektroredukcja CO₂ na aktywnych matrycach złożonych z tlenków metali

Olena Siamuk

Promotor: dr hab. Iwona Rutkowska, prof. ucz.
Opiekun: mgr Anna Chmielnicka, prof. dr hab. Paweł Kulesza

Jednym z najbardziej globalnych problemów rozwoju cywilizacji jest emisja dwutlenku węgla do atmosfery z paliw kopalnych. Cząsteczka CO₂ posiada trwałe wiązania podwójne C=O. Metoda elektrochemiczna spośród proponowanych metod redukcji CO₂ zyskuje coraz większe zainteresowanie naukowców, dzięki stosunkowo łatwych warunków reakcji, wykorzystywania wody/ścieków jako elektrolitu, czy prostej konstrukcji reaktora. Występuje jednak szereg problemów do rozwiązania: niska rozpuszczalność CO₂ w medium reakcyjnym, powolna kinetyka, ujemne wartości potencjału redukcji CO₂, słaba selektywność dla pożądanego produktu, ogólnie niższa wydajność energetyczna procesu, częste zatrucie i dezaktywacja katalizatorów, oraz zachodzenie konkurencyjnej reakcji wydzielenia wodoru. [1,2] Szczególne znaczenie ma zastosowanie tlenków metali jako aktywnych matryc w elektrokatalizie. Badania w roztworach wodnych sprzyjają ruchliwości protonów i wpływają na ogólną reaktywność, co odzwierciedla nie tylko właściwości chemiczne tlenku, ale także jego strukturę powierzchni i morfologię. Niektóre niestechiometryczne tlenki o mieszanej wartościowości mogą wykazywać pseudometaliczne przewodnictwo i posiadać znaczną aktywność katalityczną, co ma duże znaczenie dla nauki i technologii elektrochemicznej.

Celem mojej pracy magisterskiej jest zbadanie działania tlenków metali takich jak tlenek miedzi(I), tlenek ceru(IV) i tlenek prazeodymu(III,IV), a także układów hybrydowych zawierających nanocząstki tlenku miedzi(I) jako katalizatorów do efektywnej i selektywnej elektroredukcji CO₂ w środowisku kwaśnym (0,5 mol dm^-3 H₂SO₄ o pH=0) i prawie obojętnym (0,1 mol dm^-3 bufor fosforanowy o pH=6,1). Badania elektrochemiczne wykonano metodą woltamperometrii cyklicznej oraz chronoamperometrii w układzie trójelektrodowym. Wykorzystywano zarówno pojedyncze (Cu₂O, CeO₂, Pr₆O₁₁) jak i podwójne warstwy nanocząstek (Cu₂O+CeO₂ i Cu₂O+Pr₆O₁₁). Uzyskane wyniki badanych układów pokazują, że najwyższe gęstości prądów redukcji CO₂ obserwujemy dla układów: Cu₂O+CeO₂ oraz Cu₂O+Pr₆O₁₁ w 0,5 mol dm^-3 kwasie siarkowym(VI) jak i 0,1 mol dm^-3 buforze fosforanowym. Obie matryce są stabilne i wykazują aktywność w procesie elektroredukcji CO₂.

Literatura:
[1] I.A. Rutkowska, A. Wadas, E. Szaniawska, A. Chmielnicka, A. Zlotorowicz, P.J. Kulesza, Curr. Opin. Electrochem. 2020, 23, 131.
[2] P.J. Kulesza,I.A. Rutkowska, Electrochem. Soc. Interface 2020, 29, 67.