توجيه إلكتروليز ثاني أكسيد الكربون نحو الميثان باستخدام كتلة نحاسية نانوية دقيقة الذرة

الاختزال الكهروتحفيزي لـ CO2 إلى الميثان هو أحد الاستراتيجيات الفعالة لتحقيق تدوير الكربون ومعالجة القضايا البيئية. هنا، نُبلغ عن التخليق الناجح لكتلة نحاسية نانوية Cu58 دقيقة الذرة. تم تطوير طريقة محسنة في وعاء واحد تنطوي على الاختزال المتسلسل باستخدام هيدريد البوروهيدريد الصوديوم. ينتمي التركيب البلوري لكتلة Cu58 النانوية إلى المجموعة الفراغية Pca21 ويتميز بنواة Cu14 مشوهة من نوع مكعب وسط الوجوه الملفوفة محاطة بقشرة Cu48S36P4. تتكون هذه القشرة من وحدات Cu7S2 وCu10S8P2 وتحيط بها نماذج دبوسية طرفية Cu5S5P. تؤكد تحاليل ESI-MS الصيغة الجزيئية، وتحليلات XPS تثبت أن النحاس موجود فقط في حالة الأكسدة Cu+. تم تقييم الأداء التحفيزي لـ Cu58 للاختزال الكهروكيميائي لـ CO2 (CO2RR) بعد توزيعه على دعامة C3N4. يحقق 15-Cu58/C3N4 كفاءة فاراداي للميثان بنسبة 73% عند كثافة تيار 600 مللي أمبير لكل سنتيمتر مربع. تم تحديد التآزر بين البنية الطوبولوجية لـ Cu58، ومواقع Cu+ في الكتلة النانوية، ومواقع النيتروجين البيريدينية في دعامة C3N4 كعامل رئيسي لتعزيز امتصاص CO2 وكبح تفاعل تطور الهيدروجين المنافس، وبذلك توجيه الانتقائية نحو الميثان. تؤكد هذه الدراسة على إمكانات الكتل النانوية النحاسية محددة البنية كأفضل المحفزات الكهربائية لإنتاج الوقود.