Luca D'Amario

Visste du att reaktioner drivna av elektrisk potential är otroligt viktiga för vardagslivet? Så kallade elektrokemiska (e-kem) processer ligger till grund för modern teknologi och möjliggör funktionen hos batterier, elektroniska komponenter, LED-lampor, sensorer med mera. De förväntas bli ännu viktigare i närtid i en global ekonomi som bygger på förnybar energi, där den primära energikällan är elektricitet. Elektrokemiska reaktioner är nyckeln till energilagring/-transport, tung industri och produktion av finkemikalier.

Okej, så e-kemiska reaktioner är mycket viktiga, men hur fungerar de?

Vi har fortfarande mycket att lära om dem! Förvånansvärt nog, trots de omfattande tillämpningarna av dessa reaktioner, begränsas deras utveckling av en brist på förståelse på molekylär nivå, för den kemin som sker i nära anslutning till elektroden. Den huvudsakliga anledningen till denna begränsning ligger i avsaknaden av en fysiko-kemisk undersökningsmetod som kan avslöja reaktionsstegen i detalj. Under min postdoktorforskning har jag utvecklat den första metoden som kan ge tidsupplöst vibrationsinformation om elektrokemiska reaktioner med sub-ms upplösning. Till skillnad från klassisk tidsupplöst spektroskopi, där reaktionen utlöses av en ljuspuls, aktiveras i denna teknik reaktionen av en elektrisk potentialpuls. Reaktionen följs sedan av Raman-spektroskopi. I min nuvarande forskning försöker jag använda detta nya verktyg, och många andra, för att förstå så kallade elektrokatalytiska reaktioner, särskilt syreutvecklingsreaktionen (OER) och koldioxidreduktionsreaktionen (CO2RR). OER används för att producera vätgas i vattenspjälkningsprocessen. Det är en utmanande reaktion på grund av de mycket oxiderande förhållandena den verkar under. Av den anledningen finns det inte många material som kan användas för att katalysera den, och de flesta är gjorda av ädla metaller (som Ru eller Ir). Min forskning innebär att förstå denna reaktion (nu när jag har rätt verktyg för jobbet!) för att skapa en effektiv katalysator med mindre sällsynta ämnen (som Fe eller Ni) vilket gör den mer hållbar. CO2RR kan däremot användas för att omvandla koldioxid till bränslen eller andra användbara kemikalier. Den är en utmanande reaktion att studera på grund av dess komplexitet; otaliga produkter kan produceras, och de produceras samtidigt! Min nuvarande forskning fokuserar på att förstå vad som styr bildandet av en specifik produkt i CO2RR, för att sedan formulera en katalysator som hjälper till att producera den produkten med hög avkastning.

Sist men inte minst innefattar min forskning också utvecklingen av de fysiko-kemiska verktygen som används för att undersöka elektrokemiska reaktioner, särskilt karakteriseringen av kortvariga elektrokemiska specier. Denna strävan kräver ofta att man pressar specialtekniker så som pulserande elektrokemi eller röntgenspektroskopi till deras gränser och vidare, vilket ger en viss spänning!