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Conversione elettrochimica della CO2 in prodotti a valore aggiunto in elettrolita acido
Parole chiave ELETTROCATALISI, ELETTROLITA ACIDO, RIDUZIONE CO2
Riferimenti JUQIN ZENG
Gruppi di ricerca Prof. Fabrizio Pirri
Tipo tesi CORSO DI LAUREA MAGISTRALE
Descrizione Un ciclo del carbonio con neutralità del carbonio o emissioni nette di CO2 è una pratica essenziale per raggiungere uno sviluppo sostenibile delle società umane. Tra le tante strategie, la conversione elettrochimica della CO2 in prodotti chimici e carburanti di valore ha suscitato un enorme interesse, poiché possiede proprietà vantaggiose come l'utilizzo di elettroliti verdi, l'elevata sintonizzabilità dei prodotti e la potenziale implementazione di elettricità da energie rinnovabili. Tuttavia, la reazione di riduzione della CO2 (CO2RR) deve affrontare molte sfide, una delle quali è la formazione di carbonati in elettroliti alcalini e neutri, che porta a una bassa efficienza di utilizzo della CO2 e a una scarsa durata. Inoltre, i prodotti come formiato, acetato ed etanolo si muovono attraverso la membrana a scambio anionico per migrazione, diffusione e resistenza elettro-osmotica, con conseguente perdita di prodotto [https://doi.org/10.1038/s41893-022-00879-8]. La CO2RR in condizioni acide dovrebbe affrontare queste sfide dei sistemi elettrolitici neutri e alcalini. Un'elevata concentrazione di protoni nell'elettrolita e l'uso di una membrana di Nafion come separatore dovrebbero ridurre al minimo la formazione di carbonati e il crossover di prodotti liquidi e aumentare l'efficienza del processo [https://doi.org/10.1038/s41929-022-00788-1]. Tuttavia, una maggiore concentrazione di protoni porta solitamente a una maggiore attività per la reazione competitiva di evoluzione dell'idrogeno (HER). Di conseguenza, è necessario prendere in considerazione un'attenta scelta dei materiali catalitici. Nel nostro laboratorio è stato dimostrato che gli elettrodi di argento (Ag) e bismuto (Bi) hanno un'eccellente selettività per la CO2RR in elettroliti alcalini e neutri [https://doi.org/10.1021/acsaem.2c02143; https://doi.org/10.3390/cryst11040363]. In questo progetto proponiamo le seguenti attività scientifiche: 1) preparare elettrodi di Ag e Bi con i nostri metodi consolidati; 2) caratterizzare la morfologia e la composizione chimica dei materiali attraverso XRD, EDX, FESEM, XPS e così via; 3) eseguire l'elettrolisi della CO2 sugli elettrodi in condizioni acide; 4) mettere a punto l'intervallo di pH e la configurazione della cella per raggiungere un'elevata selettività e attività, e in particolare una maggiore durata.
Scadenza validita proposta 06/05/2025
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