Izpolnite spodnji obrazec in po elektronski pošti vam bomo poslali PDF različico »Nove tehnološke izboljšave za pretvorbo ogljikovega dioksida v tekoče gorivo«
Ogljikov dioksid (CO2) je produkt izgorevanja fosilnih goriv in najpogostejši toplogredni plin, ki ga je mogoče na trajnosten način pretvoriti nazaj v koristna goriva. Eden od obetavnih načinov za pretvorbo emisij CO2 v surovino za gorivo je postopek, imenovan elektrokemična redukcija. Da pa bi bil komercialno uspešen, je treba proces izboljšati, da bi izbrali ali proizvedli bolj želene izdelke, bogate z ogljikom. Zdaj, kot poroča revija Nature Energy, je nacionalni laboratorij Lawrence Berkeley (Berkeley Lab) razvil novo metodo za izboljšanje površine bakrenega katalizatorja, ki se uporablja za pomožno reakcijo, s čimer se poveča selektivnost procesa.
"Čeprav vemo, da je baker najboljši katalizator za to reakcijo, ne zagotavlja visoke selektivnosti za želeni produkt," je dejal Alexis, višji znanstvenik na Oddelku za kemijske znanosti v Berkeley Labu in profesor kemijskega inženirstva na Univerzi Kalifornija, Berkeley. Urok je rekel. "Naša ekipa je ugotovila, da lahko uporabite lokalno okolje katalizatorja za izvajanje različnih trikov za zagotavljanje te vrste selektivnosti."
V prejšnjih študijah so raziskovalci vzpostavili natančne pogoje za zagotavljanje najboljšega električnega in kemičnega okolja za ustvarjanje z ogljikom bogatih izdelkov s komercialno vrednostjo. Toda ti pogoji so v nasprotju s pogoji, ki se naravno pojavljajo v tipičnih gorivnih celicah, ki uporabljajo prevodne materiale na vodni osnovi.
Da bi določili zasnovo, ki jo je mogoče uporabiti v vodnem okolju gorivnih celic, so se Bell in njegova ekipa v okviru projekta Energy Innovation Center Liquid Sunshine Alliance Ministrstva za energijo obrnili na tanko plast ionomera, ki omogoča določene nabite molekule (ioni), da prehajajo skozi. Izključite druge ione. Zaradi svojih visoko selektivnih kemijskih lastnosti so še posebej primerni za močan vpliv na mikrookolje.
Chanyeon Kim, podoktorski raziskovalec v skupini Bell in prvi avtor prispevka, je predlagal prevleko površine bakrenih katalizatorjev z dvema običajnima ionomeroma, Nafion in Sustainion. Skupina je domnevala, da bi to moralo spremeniti okolje v bližini katalizatorja - vključno s pH ter količino vode in ogljikovega dioksida - na nek način usmeriti reakcijo v proizvodnjo produktov, bogatih z ogljikom, ki jih je mogoče zlahka pretvoriti v uporabne kemikalije. Izdelki in tekoča goriva.
Raziskovalci so na bakreni film, podprt s polimernim materialom, nanesli tanko plast vsakega ionomera in dvojno plast dveh ionomerov, da bi oblikovali film, ki bi ga lahko vstavili blizu enega konca elektrokemične celice v obliki roke. Pri vbrizgavanju ogljikovega dioksida v baterijo in dovajanju napetosti so izmerili skupni tok, ki teče skozi baterijo. Nato so izmerili plin in tekočino, zbrano v sosednjem rezervoarju med reakcijo. Za dvoslojni primer so ugotovili, da izdelki, bogati z ogljikom, predstavljajo 80 % energije, porabljene pri reakciji – več kot 60 % v primeru brez premaza.
"Ta sendvič premaz zagotavlja najboljše iz obeh svetov: visoko selektivnost izdelka in visoko aktivnost," je dejal Bell. Dvoslojna površina ni dobra samo za izdelke, bogate z ogljikom, ampak hkrati ustvarja močan tok, kar kaže na povečanje aktivnosti.
Raziskovalci so ugotovili, da je bil izboljšan odziv posledica visoke koncentracije CO2, ki se je nakopičila v prevleki neposredno na vrhu bakra. Poleg tega bodo negativno nabite molekule, ki se kopičijo v območju med dvema ionomeroma, povzročile nižjo lokalno kislost. Ta kombinacija izravna koncentracijske kompromise, ki se običajno pojavijo v odsotnosti ionomernih filmov.
Da bi še izboljšali učinkovitost reakcije, so se raziskovalci obrnili na predhodno dokazano tehnologijo, ki ne zahteva ionomernega filma kot drugo metodo za povečanje CO2 in pH: impulzna napetost. Z uporabo impulzne napetosti na dvoslojno ionomerno prevleko so raziskovalci dosegli 250-odstotno povečanje izdelkov, bogatih z ogljikom, v primerjavi z neprevlečenim bakrom in statično napetostjo.
Čeprav nekateri raziskovalci svoje delo usmerjajo v razvoj novih katalizatorjev, odkritje katalizatorja ne upošteva pogojev delovanja. Nadzor okolja na površini katalizatorja je nova in drugačna metoda.
»Nismo se domislili popolnoma novega katalizatorja, ampak smo uporabili naše razumevanje kinetike reakcije in to znanje uporabili za vodenje pri razmišljanju o tem, kako spremeniti okolje mesta katalizatorja,« je povedal Adam Weber, višji inženir. Znanstvenik na področju energetske tehnologije v Berkeley Laboratories in soavtor prispevkov.
Naslednji korak je širitev proizvodnje prevlečenih katalizatorjev. Predhodni poskusi ekipe Berkeley Lab so vključevali majhne sisteme ploščatih modelov, ki so bili veliko enostavnejši od poroznih struktur z velikimi površinami, potrebnih za komercialne aplikacije. »Na ravno površino ni težko nanesti premaza. Toda komercialne metode lahko vključujejo premazovanje majhnih bakrenih kroglic,« je dejal Bell. Dodajanje drugega sloja premaza postane zahtevno. Ena možnost je, da oba premaza zmešate in nanesete skupaj v topilo ter upate, da se bosta ločila, ko topilo izhlapi. Kaj če ne? Bell je zaključil: "Samo pametnejši moramo biti." Glej Kim C, Bui JC, Luo X in druge. Prilagojeno katalizatorsko mikrookolje za elektro redukcijo CO2 v večogljične izdelke z uporabo dvoslojne ionomerne prevleke na bakru. Nat Energy. 2021; 6 (11): 1026-1034. doi:10.1038/s41560-021-00920-8
Ta članek je reproduciran iz naslednjega gradiva. Opomba: Gradivo je bilo morda urejeno glede dolžine in vsebine. Za več informacij se obrnite na navedeni vir.
Čas objave: 22. nov. 2021
