Vid omvandlingen av koldioxid till användbara kemikalier, såsom eten – en viktig utgångsämne för plast – har en stor utmaning varit att elektroderna översvämmas, vilket innebär att elektrolyten tränger in i elektrodstrukturen och försämrar prestandan.
Forskare vid KAIST har utvecklat en ny elektrodkonstruktion som blockerar vatten samtidigt som den bibehåller effektiv elektrisk ledning och katalytiska reaktioner, vilket förbättrar både effektiviteten och stabiliteten.
Ny elektrodkonstruktion med silvernanotrådar
Ett forskarteam under ledning av professor Hyunjoon Song från kemiska institutionen har utvecklat en ny elektrodstruktur som utnyttjar nätverk av silvernanotrådar – ultrafina silvertrådar arrangerade som ett spindelnät – för att avsevärt förbättra effektiviteten vid elektrokemisk omvandling av koldioxid till användbara kemiska produkter. Forskningen publicerades i Advanced Science.
I elektrokemiska CO₂-omvandlingsprocesser har översvämning länge varit ett problem, där elektroden mättas med elektrolyt, vilket minskar det tillgängliga utrymmet för CO₂ att reagera. Även om hydrofoba material kan förhindra vatteninträngning, har de vanligtvis låg elektrisk ledningsförmåga, vilket kräver ytterligare komponenter och komplicerar systemet.
Trelagsarkitektur motverkar översvämning
För att lösa detta har forskarteamet utformat en trelagers elektrodarkitektur som både stöter bort vatten och möjliggör effektiv laddningstransport. Strukturen består av ett hydrofobt substrat, ett katalysatorskikt och ett överliggande nätverk av silvernanotrådar (Ag NW), som fungerar som en effektiv strömavledare samtidigt som det förhindrar översvämning av elektrolyt.
En viktig slutsats av denna studie är att silvernanotrådarna gör mer än bara leder elektricitet – de deltar aktivt i den kemiska reaktionen. Under CO₂-reduktionen genererar silvernanotrådarna kolmonoxid (CO), som sedan överförs till intilliggande kopparbaserade katalysatorer, där ytterligare reaktioner sker.
Detta skapar ett tandemkatalytiskt system, där två katalysatorer samverkar sekventiellt, vilket avsevärt förbättrar produktionen av flerkolföreningar såsom eten.
Rekordprestanda och bredare potential
Elektroden uppvisade enastående prestanda. Den uppnådde 79 % selektivitet mot C₂₊-produkter i alkaliska elektrolyter och 86 % selektivitet i neutrala elektrolyter, vilket representerar en världsledande nivå. Den upprätthöll också stabil drift i mer än 50 timmar utan prestandaförsämring.
Dessa resultat indikerar att de flesta av de omvandlade produkterna är de önskade kemikalierna, samtidigt som de övervinner hållbarhetsbegränsningarna hos konventionella system.
Professor Hyunjoon Song konstaterade: ”Denna studie är betydelsefull eftersom den visar att silver-nanotrådar inte bara fungerar som elektriska ledare utan också direkt deltar i kemiska reaktioner”, och tillade: ”Detta tillvägagångssätt ger en ny designstrategi som kan utvidgas till att omvandla koldioxid till ett brett spektrum av värdefulla produkter såsom etanol och bränslen.”
Publikationsuppgifter
Jonghyeok Park et al, Overlaid Conductive Silver Nanowire Networks on Gas Diffusion Electrodes for High‐Performance Electrochemical CO2‐to‐C2+Conversion, Advanced Science (2026). DOI: 10.1002/advs.75003
