İklim değişikliği ve karbon emisyonlarının ciddiyeti küresel bir endişe haline geldikçe, karbondioksiti (CO₂) kimyasal yakıtlar ve bileşikler gibi kaynaklara dönüştüren teknolojilere acilen ihtiyaç duyulmaktadır. Kore Malzeme Bilimi Enstitüsü'ndeki (KIMS) Nano Malzemeler Araştırma Bölümü'nden Dr. Dahee Park'ın araştırma ekibi, KAIST'teki Kimya Bölümü'nden Profesör Jeong-Young Park'ın ekibiyle iş birliği yaparak karbondioksit (CO₂) dönüşümünün verimliliğini önemli ölçüde artıran bir katalizör teknolojisi geliştirdi.

Geleneksel karbondioksit (CO₂) dönüşüm teknolojileri, yüksek enerji tüketimine kıyasla düşük verimlilikleri nedeniyle ticarileştirmede zorluklarla karşılaşmıştır. Özellikle, tek atomlu katalizörler (SAC'ler), karmaşık sentez süreçlerinden ve katalizör parçacıklarını stabilize etmek ve dayanıklılığı artırmak için çok önemli olan metal oksit destekleriyle kararlı bağları korumada zorluklardan muzdariptir. Sonuç olarak, bu katalizörlerin performansı sınırlı olmuştur.

Bu sınırlamaların üstesinden gelmek için araştırma ekibi tek ve çift tek atomlu katalizör (DSAC) teknolojilerini geliştirdi ve katalizör verimliliğini artırmak için basitleştirilmiş bir süreç tanıttı. Bu başarı, çift tek atomlu katalizörlerdeki (DSAC'ler) metaller arasındaki elektronik etkileşimleri kullanarak mevcut teknolojilere kıyasla daha yüksek dönüşüm oranları ve mükemmel seçicilik (bir katalizörün istenen ürünlerin üretimini yönlendirme yeteneği) elde ediyor.

Bu teknoloji, metal oksit desteklerindeki oksijen boşluklarını ve kusurlu yapıları hassas bir şekilde kontrol eden ve karbondioksit (CO₂) dönüşüm reaksiyonlarının verimliliğini ve seçiciliğini önemli ölçüde artıran bir katalizör tasarım yaklaşımını içerir. Oksijen boşlukları, katalizör yüzeyinde CO₂'nin adsorpsiyonunu kolaylaştırırken , tek ve çift tek atomlu katalizörler hidrojenin (H₂) adsorpsiyonuna yardımcı olur . Oksijen boşluklarının, tek atomların ve çift tek atomların birleşik etkisi, CO₂'nin H₂ ile istenen bileşiklere etkili bir şekilde dönüştürülmesini sağlar. Özellikle, çift tek atomlu katalizörler (DSAC'ler), reaksiyon yolunu aktif olarak düzenlemek ve verimliliği en üst düzeye çıkarmak için iki metal atomu arasındaki elektronik etkileşimleri kullanır.

Araştırma ekibi, katalizörleri basitleştirilmiş bir işlemle sentezlemek için aerosol destekli sprey piroliz yöntemini uyguladı ve aynı zamanda seri üretim potansiyelini de gösterdi. Bu işlem, sıvı malzemeleri aerosollere (ince sis benzeri parçacıklar) dönüştürmeyi ve bunları, katalizörün karmaşık ara adımlara ihtiyaç duyulmadan oluşturulduğu ısıtılmış bir odaya sokmayı içerir. Bu yöntem, metal oksit desteği içindeki metal atomlarının düzgün dağılmasını ve kusurlu yapıların hassas bir şekilde kontrol edilmesini sağlar. Bu kusurlu yapıları hassas bir şekilde kontrol ederek, ekip tek ve çift tek atomlu katalizörleri (DSAC'ler) kararlı bir şekilde oluşturabildi. DSAC'leri kullanarak, tek atomlu katalizörlerin kullanımını yaklaşık %50 oranında azalttılar ve geleneksel yöntemlere kıyasla iki kattan fazla CO₂ dönüşüm verimliliği ve %99'un üzerinde olağanüstü yüksek bir seçicilik elde ettiler .

Bu teknoloji, kimyasal yakıt sentezi, hidrojen üretimi ve temiz enerji endüstrisi dahil olmak üzere çeşitli alanlarda uygulanabilir. Dahası, katalizör sentez yönteminin (aerosol destekli sprey pirolizi) basitliği ve yüksek üretim verimliliği, onu ticarileştirme için oldukça umut verici hale getirir.

Baş araştırmacı Dr. Dahee Park, “Bu teknoloji, basitleştirilmiş bir süreçle ticarileştirmeyi mümkün kılarken CO₂ dönüşüm katalizörlerinin performansını önemli ölçüde iyileştirmede önemli bir başarıyı temsil ediyor. Karbon nötrlüğüne ulaşmak için temel bir teknoloji olarak hizmet etmesi bekleniyor.” dedi. KAIST'ten Profesör Jeong-Young Park, “Bu araştırma, çeşitli kimyasal reaksiyonlarda kullanılabilen yeni bir tek atomlu katalizör türü sentezlemek için nispeten basit bir yöntem sağlıyor. Ayrıca, sera gazlarının neden olduğu küresel ısınmayı ele almak için en acil araştırma alanlarından biri olan CO₂ ayrıştırma ve kullanım katalizörlerinin geliştirilmesi için önemli bir temel sunuyor.”

KAYNAK: https://www.chemeurope.com/en/news/1185654/what-if-we-could-revive-waste-carbon-dioxide.html