Yapay fotosentez teknolojilerinin gelişiminde dönüm noktası olarak görülen bir araştırma, karbondioksit ve suyu değerli yakıt ve kimyasallara dönüştürmede kullanılan bakır katalizörlerin neden zamanla performans kaybettiğini ortaya koydu. Lawrence Berkeley Ulusal Laboratuvarı ve SLAC Ulusal Hızlandırıcı Laboratuvarı öncülüğünde yürütülen çalışmada, gelişmiş X-ışını teknikleri kullanılarak bakır nanopartiküllerinin davranışı doğrudan gözlemlendi.
İKİ ANA MEKANİZMA
Araştırma, parçacık göçü ve birleşmesi (PMC) ile Ostwald olgunlaşması olmak üzere iki rekabet eden mekanizmanın, bakır katalizörlerin bozunmasına neden olduğunu gösterdi. Bu iki süreç, özellikle karbondioksit elektrokimyasal indirgeme reaksiyonlarında (CO₂ RR) etkinliğin azalmasında rol oynuyor.
İLERİ GÖRÜNTÜLEME TEKNİKLERİ
Stanford Senkrotron Radyasyon Işık Kaynağı'nda (SSRL) gerçekleştirilen deneylerde, küçük açılı X-ışını saçılması (SAXS) tekniği kullanıldı. 7 nanometrelik bakır oksit nanoparçacıkların farklı elektrik voltajları altında şekil ve boyut değişimleri analiz edildi. İlk 12 dakikada parçacıkların birleşerek kümeler oluşturduğu, sonrasında ise daha küçük parçacıkların çözülerek büyüklerin üzerinde yeniden oluştuğu tespit edildi.
STRATEJİK ÖNERİLER
Araştırma ekibi, bakır katalizörlerin dayanıklılığını artırmak için destek malzemeleri, alaşım stratejileri ve fiziksel kaplamalar gibi çeşitli yollar öneriyor. Ayrıca, katalizörleri belirli ürünlere yönlendirecek organik moleküllerle kaplama stratejileri üzerine çalışmaların devam edeceği belirtildi.
GELECEĞE YATIRIM
Bu çalışma, 2020'de başlatılan ve Caltech liderliğinde yürütülen Liquid Sunlight Alliance (LiSA) projesinin bir parçası. LiSA, güneş ışığı, su ve karbondioksitten sıvı yakıt üretme hedefiyle ulusal laboratuvarlar ve üniversiteler arasında çok kurumlu bir iş birliğini temsil ediyor.
