هرچند مس (Cu) ممکن است جذابیت طلا یا نقره را نداشته باشد، اما تطبیق‌پذیری قابل توجه آن باعث می‌شود که در تحقیقات پیشرفته بسیار ارزشمند باشد. تلاش مشترک دانشمندان دانشگاه توهوکو، دانشگاه علوم توکیو و دانشگاه آدلاید منجر به روشی پیشگامانه برای افزایش انتخاب‌گری و پایداری فرآیندهای احیاء الکتروشیمیایی دی‌اکسیدکربن شده است.

این تیم با مهندسی سطوح نانوخوشه‌های مس (NCs) و اعمال تغییراتی در سطح اتمی، امکانات جدیدی را برای فناوری‌های تبدیل کربن به شکلی کارآمد و سازگار با محیط زیست باز کرده است. این پیشرفت، نه تنها پتانسیل تغییرپذیر مس را در شیمی پایدار نشان می‌دهد، بلکه تأثیر مهم همکاری بین‌المللی در رسیدگی به چالش‌های مبرم مانند انتشار کربن را نیز نمایان می‌کند.

واکنش‌های الکتروشیمیایی احیاء دی‌اکسیدکربن (CO2 RR) در سال‌های اخیر به دلیل پتانسیل تبدیل دی‌اکسیدکربن مازاد موجود در اتمسفر به محصولات با ارزش توجه قابل توجهی را به خود جلب کرده است. در میان کاتالیست‌های مختلف مورد مطالعه، نانوکاتالیست‌ها به دلیل مزایای متمایزشان نسبت به نانوذرات بزرگ‌تر، بیشتر مورد توجه بوده‌اند. در این خانواده، نانوخوشه‌های مس امید زیادی برای تبدیل شدن به کاتالیست در این فرآیند ایجاد کرده است.

با وجود مزایایی نظیر کارایی بالا و پایداری، دستیابی به کنترل دقیق بر گزینش محصول در مقیاس صنعتی یک چالش بزرگ برای محققان است. در نتیجه، در این پروژه محققان روی این موضوع متمرکز شدند تا از پتانسیل نانوخوشه‌های مس  برای تبدیل پایدار دی‌اکسیدکربن استفاده کنند.

پروفسور یویچی نگیشی از دانشگاه توهوکو توضیح می‌دهد: «برای دستیابی به این پیشرفت، تیم ما مجبور شد نانوخوشه‌های مس را در مقیاس اتمی اصلاح کند، با این حال، این کار بسیار چالش‌برانگیز است زیرا هندسه این نانوخوشه‌ها به شدت به قطعات دقیقی که ما نیاز به تغییر آن‌ها داشتیم وابسته بود. این کار شبیه تلاش برای جابه‌جایی ستون تکیه‌گاه یک ساختمان بود.»

این گروه تحقیقاتی با تغییر لیگاندهای تیولات (PET: 2-phenylethanethiolate؛ CHT: cyclohexanethiolate) روی سطوح، دو نانوخوشه مس با ساختارهای یکسان را با موفقیت سنتز کردند. غلبه بر این محدودیت مستلزم توسعه راهبرد احیاء با کنترلی دقیق بود، که امکان ایجاد دو نانوخوشه‌ی مس که از لحاظ ساختاری یکسان اما لیگاندهای متمایز داشته باشند را فراهم می‌کرد.

با این حال، این تیم تغییراتی را در پایداری این نانوخوشه‌ها مشاهده کردند که به تفاوت در تعاملات بین‌خوشه‌ای نسبت داده می‌شد. این نابرابری‌ها نقش مهمی در شکل دادن به پایداری این نانوخوشه‌ها در طول کاربردهای کاتالیزوری دارند.

به نقل از ستاد نانو، اگرچه این نانوخوشه‌های مس هندسه‌ی تقریباً یکسانی دارند که از دو لیگاند تیولات مختلف مشتق شده‌اند، اما زمانی که فعالیت کاتالیزوری آن‌ها برای احیاء دی‌اکسیدکربن مورد آزمایش قرار گرفت، محصول متفاوتی را تولید می‌کردند. این تغییرات بر کارایی و گزینش‌پذیری کلی واکنش‌های الکتروشیمیایی احیاء دی‌اکسیدکربن تأثیر می‌گذارد.