Izpolnite spodnji obrazec in vam bomo poslali PDF različico "Nove izboljšave tehnologije za pretvorbo ogljikovega dioksida v tekoče gorivo"
Ogljikov dioksid (CO2) je produkt kurjenja fosilnih goriv in najpogostejših toplogrednih plinov, ki ga je mogoče trajnostno pretvoriti nazaj v uporabna goriva. Eden obetavnih načinov za pretvorbo emisij CO2 v surovine za gorivo je postopek, imenovan elektrokemično zmanjšanje. Da pa je komercialno izvedljiv, je treba postopek izboljšati, da izberete ali izdelajo bolj želene izdelke, bogate z ogljikom. Zdaj, kot so poročali v reviji Nature Energy, je Nacionalni laboratorij Lawrence Berkeley (Berkeley Lab) razvil novo metodo za izboljšanje površine bakrenega katalizatorja, ki se uporablja za pomožno reakcijo in s tem poveča selektivnost postopka.
"Čeprav vemo, da je baker najboljši katalizator te reakcije, ne zagotavlja visoke selektivnosti za želeni izdelek," je dejal Alexis, višji znanstvenik na oddelku za kemijske znanosti v Berkeley Lab in profesor kemijskega inženirstva na kalifornijski univerzi v Berkeleyju. Urok je rekel. "Naša ekipa je ugotovila, da lahko z lokalnim okoljem katalizatorja delate različne trike, da zagotovite tovrstno selektivnost."
V prejšnjih študijah so raziskovalci vzpostavili natančne pogoje, da bi zagotovili najboljše električno in kemično okolje za ustvarjanje izdelkov, bogatih z ogljikom, s komercialno vrednostjo. Toda ti pogoji so v nasprotju s pogoji, ki se naravno pojavljajo v značilnih gorivnih celicah z uporabo vodnih prevodnih materialov.
Da bi določili zasnovo, ki ga je mogoče uporabiti v vodnem okolju gorivnih celic, kot del projekta energetskega inovacijskega centra Ministrstva za tekoče sončno zavezništvo Ministrstva za energijo, se je Bell in njegova ekipa obrnila na tanko plast ionomera, ki omogoča, da se skozi določene napolnjene molekule (ione) prehajajo skozi. Izključiti druge ione. Zaradi zelo selektivnih kemičnih lastnosti so še posebej primerne za močan vpliv na mikrookolo.
Chanyeon Kim, podoktorski raziskovalec v skupini Bell in prvi avtor prispevka, je predlagal premazovanje površine bakrenih katalizatorjev z dvema skupnima ionomerama, Nafionom in trajnostjo. Ekipa je domnevala, da bi morala to spremeniti okolje v bližini katalizatorja-vključno s pH in količino vode in ogljikovega dioksida-na nek način usmeriti reakcijo za proizvodnjo izdelkov, bogatih z ogljikom, ki jih je mogoče enostavno pretvoriti v uporabne kemikalije. Izdelki in tekoča goriva.
Raziskovalci so na bakreni film, ki ga podpira polimerni material, naneseli tanko plast vsakega ionomera in dvojno plast dveh ionomerov, da bi tvorili film, ki bi ga lahko vstavili na enem koncu ročno oblikovane elektrokemične celice. Pri vbrizgavanju ogljikovega dioksida v baterijo in nanašanje napetosti so izmerili skupni tok, ki teče skozi baterijo. Nato so med reakcijo izmerili plin in tekočino, zbrano v sosednjem rezervoarju. Za dvoslojni primer so ugotovili, da izdelki, bogati z ogljikom, predstavljajo 80% energije, ki jo porabi reakcija-večja od 60% v primeru neobjavljenega primera.
"Ta sendvič prevleka zagotavlja najboljše iz obeh svetov: visoko selektivnost izdelkov in visoko dejavnost," je dejal Bell. Dvojna površina ni dobra samo za izdelke, bogate z ogljikom, hkrati pa ustvari močan tok, kar kaže na povečanje aktivnosti.
Raziskovalci so zaključili, da je bil izboljšan odziv posledica visoke koncentracije CO2, nakopičene v prevleki neposredno na vrhu bakra. Poleg tega bodo negativno nabiti molekule, ki se kopičijo v območju med obema ionomerama, povzročile nižjo lokalno kislost. Ta kombinacija izravna koncentracijske kompromise, ki se ponavadi pojavljajo v odsotnosti ionomernih filmov.
Da bi še izboljšali učinkovitost reakcije, so se raziskovalci obrnili na predhodno dokazano tehnologijo, ki ne potrebuje ionomernega filma kot še ena metoda za povečanje CO2 in pH: impulzno napetost. Z uporabo impulzne napetosti na dvoslojni ionomerni prevleki so raziskovalci dosegli 250-odstotno povečanje izdelkov, bogatih z ogljikom, v primerjavi z neobdelanim bakrom in statično napetostjo.
Čeprav nekateri raziskovalci svoje delo osredotočajo na razvoj novih katalizatorjev, odkritje katalizatorja ne upošteva delovnih pogojev. Nadzor okolja na površini katalizatorja je nova in drugačna metoda.
"Nismo prišli do povsem novega katalizatorja, ampak smo uporabili naše razumevanje reakcijske kinetike in uporabili to znanje, da nas je vodilo pri razmišljanju o tem, kako spremeniti okolje mesta katalizatorja," je dejal Adam Weber, višji inženir. Znanstveniki na področju energetske tehnologije v Berkeley Laboratories in soavtor dokumentov.
Naslednji korak je razširitev proizvodnje prevlečenih katalizatorjev. Predhodni poskusi ekipe Berkeley Lab je vključeval majhne sisteme ravnega modela, ki so bili veliko preprostejši od poroznih struktur velikih površin, potrebnih za komercialne aplikacije. "Ni težko nanesti premaza na ravni površini. Toda komercialne metode lahko vključujejo prevleko drobnih bakrenih kroglic," je dejal Bell. Dodajanje druge plasti prevleke postane zahtevno. Ena od možnosti je, da oba prevleka mešamo v topilo in upamo, da se ločita, ko topilo izhlapi. Kaj če ne? Bell je zaključil: "Samo pametnejši moramo biti." Glejte Kim C, Bui JC, Luo X in druge. Prilagojeno mikrookrožje katalizatorja za elektro-redukcijo CO2 na več ogljikove izdelke z uporabo dvoslojne ionomerne prevleke na bakreni. Nat energija. 2021; 6 (11): 1026-1034. doi: 10.1038/s41560-021-00920-8
Ta članek je reproduciran iz naslednjega gradiva. Opomba: Material je bil morda urejen za dolžino in vsebino. Za več informacij se obrnite na citirani vir.
Čas objave: november-22-2021
