Completați formularul de mai jos și vă vom trimite prin e-mail versiunea PDF a „Noi îmbunătățiri tehnologice pentru a converti dioxidul de carbon în combustibil lichid”
Dioxidul de carbon (CO2) este produsul arderii combustibililor fosili și al celui mai comun gaz cu efect de seră, care poate fi transformat înapoi în combustibili utili într-un mod durabil. 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 produce mai multe produse dorite bogate în carbon. Acum, după cum se raportează în jurnalul 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, om de știință senior la Departamentul de Științe Chimice de la Berkeley Lab și profesor de inginerie chimică la Universitate. din California, Berkeley. Spuse Spell. „Echipa noastră a descoperit că puteți folosi 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 combustie tipice care utilizează materiale conductoare pe bază de apă.
Pentru a determina designul care poate fi utilizat în mediul apei cu celule de combustie, ca parte a proiectului Energy Innovation Center al Alianței Liquid Sunshine a Ministerului Energiei, Bell și echipa sa au apelat la un strat subțire de ionomer, care permite anumite încărcări încărcate. molecule (ioni) prin care să treacă. Excludeți alți ioni. Datorită proprietăților lor chimice extrem de selective, acestea sunt deosebit de potrivite pentru a avea un impact puternic asupra micromediului.
Chanyeon Kim, cercetător postdoctoral în grupul Bell și primul autor al lucrării, a propus să acopere suprafața catalizatorilor de cupru cu doi ionomeri comuni, Nafion și Sustainion. Echipa a emis ipoteza că acest lucru ar trebui să schimbe mediul din apropierea catalizatorului - inclusiv pH-ul și cantitatea de apă și dioxid de carbon - într-un fel pentru a direcționa reacția pentru a produce produse bogate în carbon care pot fi ușor transformate în substanțe chimice utile. Produse și combustibili lichizi.
Cercetătorii au aplicat un strat subțire din fiecare ionomer și un strat dublu de doi ionomeri pe o peliculă de cupru susținută de un material polimeric pentru a forma o peliculă, pe care l-au putut introduce lângă un capăt al unei celule electrochimice în formă de mână. Când au injectat dioxid de carbon în baterie și au aplicat tensiune, 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 tip sandwich oferă ce este mai bun din ambele lumi: selectivitate ridicată a produsului și activitate ridicată”, a spus Bell. Suprafața cu strat dublu nu este numai bună pentru produsele bogate în carbon, dar generează și un curent puternic, indicând o creștere a activității.
Cercetătorii au concluzionat că răspunsul îmbunătățit a fost rezultatul concentrației mari de CO2 acumulate în acoperire direct deasupra cuprului. În plus, moleculele încărcate negativ care se acumulează în regiunea dintre cei doi ionomeri vor produce o aciditate locală mai mică. Această combinație compensează compromisurile de concentrare care tind să apară în absența filmelor de ionomeri.
Pentru a îmbunătăți și mai mult eficiența reacției, cercetătorii au apelat la o tehnologie dovedită anterior, care nu necesită o peliculă de ionomer ca altă metodă de creștere a CO2 și a pH-ului: tensiunea pulsată. Prin aplicarea tensiunii pulsate pe stratul de ionomer cu dublu strat, cercetătorii au obținut o creștere cu 250% a produselor bogate în carbon în comparație cu cuprul neacoperit și tensiunea statică.
Deși unii cercetători își concentrează munca pe dezvoltarea de noi catalizatori, descoperirea catalizatorului nu ține cont de condițiile de funcționare. Controlul mediului de pe suprafața catalizatorului este o metodă nouă și diferită.
„Nu am venit cu un catalizator complet nou, dar ne-am folosit de înțelegerea cineticii reacțiilor și am folosit aceste cunoștințe pentru a ne ghida în gândirea cum să schimbăm mediul sit-ului catalizatorului”, a spus Adam Weber, inginer senior. Oameni de știință din domeniul tehnologiei energetice de la Berkeley Laboratories și coautor al lucrărilor.
Următorul pas este extinderea producției de catalizatori acoperiți. Experimentele preliminare ale echipei Berkeley Lab au implicat sisteme de modele plate mici, care erau mult mai simple decât structurile poroase de suprafață mare necesare pentru aplicațiile comerciale. „Nu este dificil să aplicați o acoperire pe o suprafață plană. Dar metodele comerciale pot implica acoperirea unor bile minuscule de cupru”, a spus Bell. Adăugarea unui al doilea strat de acoperire devine o provocare. O posibilitate este să amestecați și să depuneți cele două acoperiri împreună într-un solvent și să sperați că se separă atunci când solventul se evaporă. Dacă nu o fac? Bell a concluzionat: „Trebuie doar să fim mai deștepți”. Consultați Kim C, Bui JC, Luo X și alții. Micromediu catalizator personalizat pentru electro-reducerea CO2 la produse multi-carbon folosind stratul dublu de ionomer pe cupru. Energie Nat. 2021;6(11):1026-1034. doi:10.1038/s41560-021-00920-8
Acest articol este reprodus din următorul material. Notă: este posibil ca materialul să fi fost editat pentru lungime și conținut. Pentru mai multe informații, vă rugăm să contactați sursa citată.
Ora postării: 22-nov-2021
