Nieuwe nano-architecturen van CO2-reductie-elektrokatalysatoren naar hoogwaardige producten

Het voldoen aan de toenemende vraag naar energie en tegelijkertijd de uitstoot van broeikasgassen verminderen om ernstigere gevolgen van de opwarming van de aarde te voorkomen, is een van de grootste uitdagingen waarmee onze samenleving vandaag wordt geconfronteerd. Gelukkig is er een groeiend bewustzijn van het belang om de temperatuurstijging onder +2 ℃ boven het pre-industriële niveau te houden en is het verminderen en beprijzen van de CO2-uitstoot in de schijnwerpers van het grote publiek gekomen. We zien dit momentum als een enorme kans voor de ontwikkeling van nieuwe technologie die CO2 transformeert van een ongewenst product in een waardevolle voorloper met een economische waarde. Een sterke focus van ons werk ligt dan ook op concepten voor het afvangen en benutten van koolstof uit CO2-puntbronnen of lucht voor de decentrale productie van hernieuwbare brandstoffen en/of het leveren van bouwstenen voor de chemische industrie. De elektrokatalytische reductie van CO2 (CO2RR) heeft het grote potentieel om een sleuteltechnologie te zijn voor een duurzame circulaire economie en levert waardevolle koolstofverbindingen zoals CO, CH4 en mierenzuur, evenals koolwaterstoffen met een korte keten zoals ethyleen of alcoholen. Huidige CO2RR-elektroden zijn beperkt inefficiëntie en resulteren in mengsels van verschillende koolstofproducten. Daarom is meer onderzoek nodig om de katalytische activiteit te verbeteren en de selectiviteit van elektrokatalysatoren af te stemmen. Het doctoraatsproject zal zich richten op de ontwikkeling van nieuwe nano-architecturen van CO2RR-elektroden en hun fundamentele (elektrochemische) karakterisering naar de CO2RR. We zullen systematisch twee aspecten van de elektrokatalysatoren onderzoeken, namelijk de bijna-buureffecten van reguliere nanopatronen en de nano-opsluiting van reactietussenproducten in mesoporeuze 3D-netwerken. De fabricage van de elektroden wordt vergemakkelijkt door imec's uitgebreide knowhow op het gebied van nano-patterning en oppervlaktetextuur, evenals op de synthese van poreuze materialen. Gebruikmakend van het fundamentele begrip van de genoemde aspecten, zullen strategieën worden gedefinieerd om deze bevindingen te exploiteren om een uitstekende selectiviteit naar hoogwaardige producten te verkrijgen.