被遗忘已久的方程式帮助科学家跟踪和控制二氧化碳转化

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已经清除了一个古老的 - 现在已经有120年历史的 - 电化学方程式。该组织旨在通过以新的方式应用这一长期被遗忘的想法来阻止全球变暖和气候变化的后果。

这项计算 - 为化学家Frederick Gardner Cottrell命名的Cottrell方程，他于1903年开发了它 - 可以帮助今天的研究人员了解当电化学在实验室工作台上应用和脉冲时二氧化碳可能产生的几种反应。

“对于二氧化碳，我们越了解反应途径，我们就越能更好地控制反应 - 这是我们长期想要的，”主要作者Rileigh Casebolt DiDomenico说，他是康奈尔工程学院史密斯化学和生化工程学院的博士生，在Tobias Hanrath教授的监督下。

二氧化碳的电化学还原提供了一个机会，可以将气体从环境责任转化为化学产品的原料，或者像自然界一样作为以化学键的形式储存可再生电力的介质。

“如果我们能更好地控制反应，那么当我们想要制造它时，我们就可以制造我们想要的东西，”迪多梅尼科说。“科特雷尔方程是帮助我们实现这一目标的工具。

简单来说，该方程描述了实验过程中测量的电化学电流在特定参考时间上的变化。这意味着在实验室中，二氧化碳受到各种升压或降低或脉冲的施加电位的影响，这些电位反过来又会产生与二氧化碳还原形成的产物相关的电流。

DiDomenico第一次遇到这个古董方程是在艺术与科学学院的Emile M. Chamot化学和化学生物学教授Héctor Abruña教授的课堂上，他是该论文的资深作者。

在阿布鲁尼亚在课堂上提到它后，迪多梅尼科很感兴趣，在她自己关于二氧化碳减排的工作中实施了科特雷尔方程。她改变了电化学值(如应用电位)或时间尺度，以产生从气体衍生的其他产物。

例如，该方程使研究人员能够识别和控制实验参数，以吸收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，迪多梅尼科认为她得到了奇怪的结果，但后来证实她正确地进行了实验。

“我试图通过应用我在课堂上学到的知识来改变脉冲曲线来制造乙烯，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减少成有用产品的机制的方法。

今天，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，资深作者Tobias Hanrath说，Marjorie L. Hart'50工程教授，在史密斯化学和生物分子工程学院。

“这个旧方程的伟大之处在于几乎没有假设，”汉拉特说。“如果你输入实验数据，你会得到更好的真实感。这是一个古老的经典。这就是我认为美丽的部分。

阿布鲁尼亚很高兴看到这个方程式被采用。“这个方程描述了当一个人施加一个潜在的步骤时会发生什么，所以你从一个电压到另一个电压，然后查看产生的电流瞬变，”他说。“通过分析结果，你可以获得有趣和重要的机制信息和细节。只是除非你像我一样是电化学书，否则你可能对此了解不多。

“从事二氧化碳减排业务的人更多地关注产品分销，或者工程方面，”Abruña说。“在这里，我们使用了一个非常简单的模型，效果非常好。这几乎是令人尴尬的好。

迪多梅尼科说：“因为它更古老，科特雷尔方程一直是一种被遗忘的技术。这是经典的电化学。只是把它带回人们的脑海中，就很酷了。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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