Completați formularul de mai jos și vă vom trimite prin e -mail versiunea PDF a „Noile îmbunătățiri ale tehnologiei pentru a converti dioxidul de carbon în combustibil lichid”
Dioxidul de carbon (CO2) este produsul arderii combustibililor fosili și a celui mai obișnuit gaz cu efect de seră, care poate fi transformat înapoi în combustibili utile într -o manieră durabilă. O modalitate promițătoare de a converti emisiile de CO2 în materie primă de combustibil este un proces numit reducere electrochimică. Dar pentru a fi viabil din punct de vedere comercial, procesul trebuie îmbunătățit pentru a selecta sau a produce mai multe produse bogate în carbon. Acum, așa cum este raportat în revista Nature Energy, Laboratorul Național Lawrence Berkeley (Berkeley Lab) a dezvoltat o nouă metodă pentru a îmbunătăți suprafața catalizatorului de cupru utilizat pentru reacția auxiliară, crescând astfel selectivitatea procesului.
„Deși știm că cuprul este cel mai bun catalizator pentru această reacție, nu oferă o selectivitate ridicată pentru produsul dorit”, a spus Alexis, un om de știință senior la Departamentul de Științe Chimice din Berkeley Lab și profesor de inginerie chimică la Universitatea din California, Berkeley. Spuse vraja. „Echipa noastră a constatat că puteți utiliza mediul local al catalizatorului pentru a face diverse trucuri pentru a oferi acest tip de selectivitate.”
În studiile anterioare, cercetătorii au stabilit condiții precise pentru a oferi cel mai bun mediu electric și chimic pentru crearea de produse bogate în carbon cu valoare comercială. Dar aceste condiții sunt contrare condițiilor care apar în mod natural în celulele de combustibil tipice folosind materiale conductive pe bază de apă.
Pentru a determina proiectarea care poate fi utilizată în mediul de apă cu celule de combustibil, ca parte a proiectului Centrului de inovare energetică a Alianței Liquid Sunshine al Ministerului Energiei, Bell și echipa sa s -au îndreptat către un strat subțire de ionomer, care permite anumite molecule (ioni) încărcați. Excludeți alți ioni. Datorită proprietăților lor chimice extrem de selective, acestea sunt deosebit de potrivite pentru a avea un impact puternic asupra microambientului.
Chanyeon Kim, un cercetător postdoctoral din grupul Bell și primul autor al lucrării, a propus să acopere suprafața catalizatorilor de cupru cu doi ionomeri comuni, nafion și susținere. Echipa a emis ipoteza că acest lucru ar trebui să schimbe mediul în apropiere de catalizator-inclusiv pH-ul și cantitatea de apă și dioxid de carbon-într-un fel de a direcționa reacția pentru a produce produse bogate în carbon care pot fi transformate cu ușurință în substanțe chimice utile. Produse și combustibili lichizi.
Cercetătorii au aplicat un strat subțire al fiecărui ionomer și un strat dublu de doi ionomeri la un film de cupru susținut de un material polimeric pentru a forma o peliculă, pe care ar putea să o introducă aproape de un capăt al unei celule electrochimice în formă de mână. La injectarea dioxidului de carbon în baterie și aplicarea tensiunii, au măsurat curentul total care curge prin baterie. Apoi au măsurat gazul și lichidul colectat în rezervorul adiacent în timpul reacției. Pentru cazul cu două straturi, ei au descoperit că produsele bogate în carbon au reprezentat 80% din energia consumată de reacție-mai mare de 60% în cazul neacoperit.
„Această acoperire sandwich oferă tot ce este mai bun din ambele lumi: selectivitate ridicată a produselor și activitate ridicată”, a spus Bell. Suprafața cu două straturi nu este numai bună pentru produsele bogate în carbon, dar generează și un curent puternic în același timp, ceea ce indică o creștere a activității.
Cercetătorii au ajuns la concluzia că răspunsul îmbunătățit a fost rezultatul concentrației mari de CO2 acumulate în acoperire direct pe partea de sus a cuprului. În plus, moleculele încărcate negativ care se acumulează în regiunea dintre cei doi ionomeri vor produce aciditate locală mai mică. Această combinație compensează compromisurile de concentrare care tind să apară în absența filmelor ionomer.
Pentru a îmbunătăți în continuare eficiența reacției, cercetătorii au apelat la o tehnologie dovedită anterior, care nu necesită o peliculă ionomer ca o altă metodă pentru a crește CO2 și pH: tensiunea pulsată. Prin aplicarea tensiunii pulsate la acoperirea cu ionomeri cu două straturi, cercetătorii au obținut o creștere de 250% a produselor bogate în carbon în comparație cu cuprul neacoperit și tensiunea statică.
Deși unii cercetători își concentrează activitatea pe dezvoltarea de noi catalizatori, descoperirea catalizatorului nu ia în considerare condițiile de operare. Controlul mediului pe suprafața catalizatorului este o metodă nouă și diferită.
„Nu am venit cu un catalizator complet nou, dar am folosit înțelegerea noastră despre cinetica de reacție și am folosit aceste cunoștințe pentru a ne ghida în gândirea cum să schimbăm mediul site -ului catalizatorului”, a spus Adam Weber, un inginer senior. Oamenii de știință în domeniul tehnologiei energetice la Berkeley Laboratories și coautor al lucrărilor.
Următorul pas este extinderea producției de catalizatori acoperiți. Experimentele preliminare ale echipei de laborator Berkeley au implicat sisteme mici cu model plat, care erau mult mai simple decât structurile poroase din zone mari necesare pentru aplicațiile comerciale. "Nu este dificil să aplici o acoperire pe o suprafață plană. Dar metodele comerciale pot implica acoperirea bilelor minuscule de cupru", a spus Bell. Adăugarea unui al doilea strat de acoperire devine provocatoare. O posibilitate este să amestecați și să depuneți cele două acoperiri împreună într -un solvent și să sperăm că se separă atunci când solventul se evaporă. Ce se întâmplă dacă nu? Bell a concluzionat: „Trebuie doar să fim mai deștepți.” Consultați Kim C, Bui JC, Luo X și alții. Microambientul catalizator personalizat pentru electro-reducerea CO2 la produse multi-carbon folosind acoperire cu ionomer cu două straturi pe cupru. Nat Energy. 2021; 6 (11): 1026-1034. doi: 10.1038/s41560-021-00920-8
Acest articol este reprodus din următorul material. NOTĂ: Materialul ar fi putut fi editat pentru lungime și conținut. Pentru mai multe informații, vă rugăm să contactați sursa citată.
Ora post: 22-2021 noiembrie
