Chmielnicka Anna
Zakład Chemii Nieorganicznej i Analitycznej
Pracownia Elektroanalizy Chemicznej
Elektroredukcja tlenku węgla(IV) na funkcjonalizowanych katalizatorach złożonych z tlenku miedzi(I)
Anna Chmielnicka
Promotor: dr hab. Iwona A. Rutkowska
Opiekun: prof. dr hab. Paweł J. Kulesza
Dwutlenek węgla stanowi produkt przemiany materii, a także powstaje w wyniku całkowitego spalania węgla, paliw ciekłych i gazu ziemnego. Ponieważ zawartość CO2 w atmosferze ciągle rośnie, może to doprowadzić do zaburzeń w bilansie energetycznym atmosfery ziemskiej, wzrostu temperatury powierzchni Ziemi i ocieplenia klimatu. W ostatnich latach obserwuje się ogromne zainteresowanie zastosowaniem metod elektrochemicznych do redukcji dwutlenku węgla, gazu cieplarnianego często uważanego za współodpowiedzialnego za zmiany klimatyczne w świecie. Biorąc pod uwagę fakt, że cząsteczka CO2 jest bardzo trwała i inertna elektrochemicznie, procesy redukcji CO2 są mało wydajne energetycznie i zachodzą przy bardzo ujemnych potencjałach. Ponadto, kiedy redukcja CO2 jest przeprowadzana w roztworach wodnych, konkurencyjna reakcja wydzielania wodoru jest skomplikowaną reakcją uboczną. Znanymi i wykazującymi wysoką aktywność podczas redukcji CO2 są katalizatory miedziowe, w tym układy wykorzystujące tlenek miedzi(I).
Podczas realizacji pracy magisterskiej przeprowadzono systematyczne badania zmierzające do przygotowania funkcjonalizowanych katalizatorów złożonych z nanocząstek Cu2O oraz ich oceny pod kątem zdolności do efektywnej, a także selektywnej redukcji CO2 w roztworze 0,5 mol dm-3 H2SO4 (pH=0) i 0,1 mol dm-3 buforze fosforanowym (pH≅6,1). W badaniach wykorzystano nanocząstki Cu2O niemodyfikowane i modyfikowane kwasem fosfododekawolframowym H3PW12O40 (PW12), tlenek cynku niemodyfikowany i modyfikowany PW12, nanodruty z WO3 oraz mieszaninę ZnO z nanodrutami WO3 (1:2 % wag.). Na podstawie otrzymanych wyników najlepszym układem katalitycznym w buforze fosforanowym okazał się system, który składał się z nanocząstek Cu2O stabilizowanych PW12 i nanodrutów z WO3. Charakteryzował się on najwyższym prądem katalitycznej redukcji CO2. Natomiast w roztworze kwasu siarkowego obiecującym jest układ kompozytowy złożony z nanocząstek Cu2O stabilizowanych PW12 i mieszaniny ZnO z nanodrutami WO3, które w procesie częściowej redukcji tworzą brązy wolframowe, w tym HxWO3, w których wodór występuje w wysoce aktywnej postaci monoatomowej. Dodatkowo HxWO3 jest zdolny do absorbowania wodoru, jak również zmniejsza skutki zatrucia powierzchni katalizatora wynikające z pojawienia się półproduktów typu CO.