อิเล็กโทรรีดักชันของคาร์บอนไดออกไซด์เพื่อผลิตเมทานอลด้วยเซลล์ไฟฟ้าเคมีแบบต่อเนื่องและวัฏจักรชีวิตของเมทานอลที่ได้

Abstract

งานวิจัยนี้ศึกษาการรีดักชันไฟฟ้าเคมีของก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์ (CO₂RR) บนตัวเร่งปฏิกิริยาที่เป็นซีลีเนียม–ทองแดง เพื่อผลิตสารเคมีที่มีมูลค่า โดยพิจารณาผลของอัตราส่วนซีลีเนียมต่อทองแดง (Se:Cu) ที่ 1:1, 1:2, 1:4 และ 1:6 และศักย์ไฟฟ้าที่ −0.9, −1.1, −1.3 และ −1.5 V ต่อประสิทธิภาพฟาราเดย์ (FE) และอัตราการผลิตจาก CO2RR ในเซลล์ไฟฟ้าต่อเนื่อง ผลการทดลองพบว่า ตัวเร่ง 1:6-SeCu/C ให้ค่า FE ของกรดอะซิติกสูงสุด (72.2%) และอัตราการผลิตสูงสุด (125.5 μmol m-2 s-1) เมื่อเพิ่มปริมาณ Se ไปเป็นตัวเร่ง 1:1-SeCu/C ให้ค่า FE ของเมทานอล 80% ที่ −1.3 V พร้อมอัตราการผลิต 58 μmol m-2 s-1การมี Se ใน Cu มากขึ้นช่วยเพิ่มการคัดเลือกไปเป็นเมทานอลและยับยั้งการเกิด H2 ความสามารถในการคัดเลือกและอัตราการผลิตสัมพันธ์กับเฟสผลึกและสถานะวาเลนซ์ของอะตอม Se และ Cu ซึ่งตรวจสอบด้วยเอกซเรย์ดิฟแรคชัน (XRD) และเอกซเรย์โฟโตอิเล็กตรอนสเปกโทรสโกปี (XPS) ตามลำดับ ในสภาวะที่มี Cu มาก (1:6-SeCu/C) เกิดโครงผลึก SeCu เด่นและมีไอออน Se0/Cu2+ ที่ผิวตัวเร่ง เมื่อเพิ่ม Se มากขึ้น พลังงานยึดเหนี่ยวของ Se0 เลื่อนไปที่ค่าพลังงานยึดเหนี่ยวต่ำลง (binding energy ต่ำลง) พร้อมการเปลี่ยนเฟสเป็น Cu₂−xSe (CuSe → Cu₁.₈Se → Cu₁.₈₂Se) ส่งผลให้ขนาดผลึกและพื้นที่ผิวเชิงไฟฟ้าของตัวเร่งแตกต่างกัน (34.0 ถึง 102.6 cm² mgcatalyst-1) นอกจากนี้ ตัวเร่ง (SeCu/C) ยังมีความเสถียรดีตลอด 24 ชม. โดยให้ความหนาแน่นกระแสเกิน 70 mA cm-2 ที่ศักย์ −1.3 V ภายใต้อัตราการไหลของอิเล็กโทรไลต์ที่เหมาะสม 0.5 mL/min การปรับปรุงกระบวนการ CO₂RR โดยลดการใช้พลังงานต่อหน่วยผลิตภัณฑ์ หรือใช้พลังงานสะอาดมากขึ้น ช่วยลดรอยเท้าคาร์บอนและผลกระทบต่อสุขภาพมนุษย์และระบบนิเวศทางน้ำได้อย่างมีนัยสำคัญ สนับสนุนการพัฒนาเทคโนโลยีการแปลง CO₂ ที่ยั่งยืนและเป็นมิตรต่อสิ่งแวดล้อม