احیای الکتروکاتالیستی کربن دی اکسید با به کارگیری برخی از کمپلکس های روتنیم

بسیاری از واکنش های شیمیایی و یا الکتروشیمیایی، با این که از نظر ترمودینامیکی بسیار مساعدند، به تنهایی به طور چشمگیر انجام نمی گیرند. از این رو برای اینکه بتوان از اینگونه واکنش ها استفاده کرد، باید کاتالیزور همگن یا ناهمگنی را به کار برد. این کاتالیزور سرعت واکنش را احتمالا تا چندین مرتبه افزایش می دهد. به همین جهت، حتی اگر بسیاری از واکنش های الکترودی بتوانند در غیاب یک کاتالیزور انجام گیرند، به سبب سینتیک ضعیف، تنها در اضافه پتانسیل های بالا به وقوع می پیوندند، یعنی چنین واکنش های الکترودی، چگالی جریان مبادله ی بسیار پایینی دارند. بنابراین، هدف کاتالیز الکتروشیمیایی جستجو برای فراهم ساختن مسیرهای دیگری با انرژی فعالسازی پایین و در نتیجه امکان پذیر کردن وقوع چنین واکنش های الکترودی با چگالی جریان بالا و در پتانسیل نزدیک به پتانسیل تعادل است. یک مورد از این نوع واکنش ها، واکنش الکتروشیمیایی کاهش کربن دی اکسید می باشد که بدون حضور کاتالیزور الکتروشیمیایی و به ویژه در محیط آبی، به علت هم پوشانی با واکنش کاهش آب و آزاد شدن گاز هیدروژن، امکان پذیر نمی باشد. به همین منظور در کار تحقیقاتی حاضر از کمپلکس های روتنیم و وانادیم جهت تقلیل اضافه پتانسیل و افزایش چگالی جریان واکنش کاهش کربن دی اکسید استفاده شده است. واکنش کاهش الکتروکاتالیزوری کربن دی اکسید در این کار با به کارگیری روش های الکتروشیمیایی، از قبیل ولتامتری چرخه ای و ولتامتری با روبش خطی با الکترود چرخان (ولتامتری هیدرودینامیکی)، کرنوآمپرومتری و اسپکتروسکوپی امپدانس الکتروشیمیایی مورد مطالعه قرار گرفت. در این مطالعه، با توجه به تعداد الکترون های شرکت کننده در واکنش الکتروشیمیایی، کربن مونو اکسید (co) از طریق تسهیم نامتناسب، و یا اگزالات (-c2o42) از طریق دیمر شدن -.co2، به عنوان محصولات کاهش الکتروکاتالیزوری co2 شناخته شدند. در کار حاضر، با به کار گیری کمپلکس هایی از فلزات واسطه روتنیم و وانادیم، کاهش الکتروکاتالیزوری کربن دی اکسید بررسی شده است. نتایج به دست آمده از روش های مختلف الکتروشیمیایی،اثرات الکتروکاتالیزوری سه کمپلکس oh-(tpy)ru(co)2cl] pf6، [cl-(tpy)ru(co)2cl] pf6 و وانادیل را بر کاهش co2 به خوبی نشان می دهد. کمپلکس [cl-(tpy)ru(co)2cl] pf6، الکتروکاتالیزور موثرتری بوده است. زیرا موجب انجام واکنش کاهش co2 با چگالی جریان و ثابت سرعت الکتروکاتالیزوری بیشتری نسبت به دو کمپلکس به کار گرفته شده ی دیگر شده است. ثابت سرعت الکتروکاتالیزوری بیشتر کمپلکس نام برده را می توان به حضور لیگاند کلرید و اثرات القایی یا الکترون کشندگی آن بر واکنش کاهش co2 نسبت داد. علاوه بر این، مقاومت فرایند انتقال بار را تا حد زیادی کاهش داده است و از این طریق، قادر به غلبه بر سینتیک کند و ضعیف واکنش کاهش مورد نظر شده است. الکترود اصلاح شده در محیط آبی، متاسفانه واکنش کاهش +h را تقریبا در همان پتانسیل کاهش co2، کاتالیز می کند، در نتیجه افزایش جریان مشاهده شده در ولتاموگرام ها، ناشی از تغییرات ph الکترولیت آبی می باشد و نمی توان آن را به کاهش الکتروکاتالیزوری co2 نسبت داد.