久被遗忘的方程式帮助科学家追踪控制二氧化碳转化

为了管理大气中的二氧化碳并将气体转化为有用的产品，康奈尔大学的科学家们重新整理了一个已有120年历史的古老电化学方程式。该小组旨在通过以新的方式应用这个被遗忘已久的想法来阻止全球变暖和气候变化的后果。

该计算为化学家弗雷德里克·加德纳·科特雷尔(FrederickGardnerCottrell)命名为科特雷尔方程，他于1903年开发了该方程，可以帮助当今的研究人员了解当在实验室工作台上应用电化学和脉冲时二氧化碳可能发生的几种反应。

他们的工作发表在3月27日的ACSCatalysis杂志上。

“对于二氧化碳，我们越了解反应途径，我们就能更好地控制反应——从长远来看，这是我们想要的，”主要作者、史密斯化学与生物化学学院的博士生RileighCaseboltDiDomenico说。康奈尔大学工程学，在TobiasHanrath教授的指导下。

二氧化碳的电化学还原提供了一个机会，可以将气体从一种环境负债转化为化学产品的原料，或者像大自然一样以化学键的形式作为储存可再生电力的介质。

“如果我们能更好地控制反应，那么我们就可以在我们想要制造的时候制造我们想要的东西，”DiDomenico说。“科特雷尔方程式是帮助我们实现目标的工具。”

简而言之，该方程描述了在实验过程中测量的电化学电流随特定参考时间的变化。在实验室中，这意味着二氧化碳会受到各种升高或降低或脉冲施加的电势的影响，而这些电势又会产生与二氧化碳还原形成的产物相关的电流。

DiDomenico作为一名博士生在HéctorAbruña教授的课程中首次遇到这个古老的方程式，HéctorAbruña是文理学院的EmileM.Chamot化学与化学生物学教授，也是该论文的资深作者。

在Abruña在课堂上提到它后，DiDomenico对它产生了兴趣，并在她自己关于减少二氧化碳的工作中实施了Cottrell方程。她改变了电化学值(如外加电势)或时间尺度，以生成从气体中提取的其他产品。

例如，该方程式使研究人员能够识别和控制实验参数，以获取二氧化碳并将其转化为有用的碳产品，如乙烯、乙烷或乙醇。

起初，DiDomenico认为她得到了奇怪的结果，但后来证实她进行的实验是正确的。

“我试图通过应用我在课堂上学到的知识来改变脉冲曲线以专门制造乙烯，看看它是否合适，”DiDomenico说。“我意识到这实际上是一种我们可以确定将二氧化碳还原成有用产品的机制的方法。”

如今，许多研究人员使用先进的计算方法来提供催化剂表面过程的详细原子图，但这些方法通常涉及几个细微的假设，这使得与实验的直接比较变得复杂，MarjorieL.Hart'50教授TobiasHanrath说。史密斯化学与生物分子工程学院工程学士。

“这个古老方程式的美妙之处在于几乎没有假设，”汉拉斯说。“如果你把实验数据放进去，你会得到更好的真实感。这是一个古老的经典。那是我认为美丽的部分。”

Abruña很高兴看到方程式得到应用。“这个方程式描述了当施加一个潜在阶跃时会发生什么，所以你从一个电压转到另一个电压，然后查看由此产生的电流瞬变，”他说。“通过分析结果，您可以得出有趣且重要的机械信息和细节。只是除非您是像我这样的电化学书呆子，否则您可能对此了解不多。

“从事二氧化碳减排业务的人更多地关注产品分销，或相关的工程方面，”Abruña说。“在这里，我们使用的是一个非常简单的模型，但效果非常好。它几乎好得令人尴尬。”

DiDomenico说，“因为它比较古老，Cottrell方程已被遗忘。它是经典的电化学。将它重新带回人们的脑海中已经很酷了。我认为这个方程将帮助其他电化学家研究他们自己的系统”

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