Wypełnij poniższy formularz, a my wysyłamy Ci e -mailem wersję PDF „Nowe ulepszenia technologii w celu przekształcenia dwutlenku węgla na paliwo płynne”
Dwutlenek węgla (CO2) jest wynikiem spalania paliw kopalnych i najczęstszego gazu cieplarnianego, który można przekształcić z powrotem w przydatne paliwa w sposób zrównoważony. Jednym obiecującym sposobem przekształcania emisji CO2 w surowca paliwa jest proces zwany redukcją elektrochemiczną. Ale aby być opłacalnym na rynku, proces ten należy ulepszyć, aby wybrać lub wytwarzać bardziej pożądane produkty bogate w węgiel. Teraz, jak donosi w czasopiśmie Nature Energy, Lawrence Berkeley National Laboratory (Berkeley Lab) opracował nową metodę poprawy powierzchni katalizatora miedzianego stosowanego do reakcji pomocniczej, zwiększając w ten sposób selektywność procesu.
„Chociaż wiemy, że miedź jest najlepszym katalizatorem tej reakcji, nie zapewnia wysokiej selektywności dla pożądanego produktu”, powiedział Alexis, starszy naukowiec z Wydziału Nauk Chemii w Berkeley Lab i profesor inżynierii chemicznej na University of California, Berkeley. Zaklęcie powiedziało. „Nasz zespół stwierdził, że możesz użyć lokalnego środowiska katalizatora, aby zrobić różne sztuczki, aby zapewnić tego rodzaju selektywność”.
W poprzednich badaniach naukowcy ustalili precyzyjne warunki, aby zapewnić najlepsze środowisko elektryczne i chemiczne do tworzenia produktów bogatych w węgiel o wartości komercyjnej. Ale warunki te są sprzeczne z warunkami, które naturalnie występują w typowych ogniwach paliwowych przy użyciu materiałów przewodzących na bazie wody.
W celu ustalenia projektu, który może być stosowany w środowisku wody paliwowej, w ramach projektu Energy Innovation Center Ministerstwa Ministerstwa Energy Sunshine Alliance, Bell i jego zespół zwrócili się do cienkiej warstwy jonomeru, co pozwala przejść przez określone naładowane cząsteczki (jony). Wykluczyć inne jony. Ze względu na wysoce selektywne właściwości chemiczne są one szczególnie odpowiednie do silnego wpływu na mikrośrodowisko.
Chanyeon Kim, postoktorancki badacz w grupie Bell i pierwszy autor artykułu, zaproponował pokrycie powierzchni katalizatorów miedzianych dwoma popularnymi jonomerami, Nafion i Sustainion. Zespół postawił hipotezę, że powinno to zmienić środowisko w pobliżu katalizatora-w tym pH i ilość wody i dwutlenku węgla-w jakiś sposób, aby skierować reakcję w celu wytworzenia produktów bogatych w węgiel, które można łatwo przekształcić w użyteczne chemikalia. Produkty i paliwa płynne.
Naukowcy zastosowali cienką warstwę każdego jonomeru i podwójną warstwę dwóch jonomerów do filmu miedzianego wspieranego przez materiał polimerowy do utworzenia filmu, który mogliby wstawić w pobliżu jednego końca ręcznego komórki elektrochemicznej. Podczas wstrzykiwania dwutlenku węgla do akumulatora i nakładania napięcia zmierzyli całkowity prąd przepływający przez akumulator. Następnie zmierzyli gaz i ciecz zebrane w sąsiednim zbiorniku podczas reakcji. W przypadku dwuwarstwowej stwierdzili, że produkty bogate w węgiel stanowiły 80% energii zużywanej przez reakcję-bardziej niż 60% w niepowlekanym przypadku.
„Ta kanapka zapewnia najlepsze z obu światów: wysoka selektywność produktu i wysoka aktywność”, powiedział Bell. Dwuwarstwowa powierzchnia jest nie tylko dobra dla produktów bogatych w węgiel, ale jednocześnie generuje silny prąd, co wskazuje na wzrost aktywności.
Naukowcy doszli do wniosku, że ulepszona odpowiedź była wynikiem wysokiego stężenia CO2 zgromadzonego w powładzie bezpośrednio na miedzi. Ponadto ujemnie naładowane cząsteczki, które gromadzą się w obszarze między dwoma jonomerami, spowodują niższą lokalną kwasowość. Ta kombinacja przesłania kompromisy koncentracyjne, które zwykle występują przy braku filmów jonomerowych.
Aby jeszcze bardziej poprawić wydajność reakcji, naukowcy zwrócili się do wcześniej udowodnionej technologii, która nie wymaga filmu jonomerowego jako kolejnej metody zwiększenia napięcia CO2 i pH: pulsacyjnego. Stosując napięcie pulsacyjne do podwójnej warstwy jonomerowej, naukowcy osiągnęli o 250% wzrost produktów bogatych w węgiel w porównaniu z niepowlekanym napięciem miedzi i statycznym.
Chociaż niektórzy badacze koncentrują swoją pracę na rozwoju nowych katalizatorów, odkrycie katalizatora nie uwzględnia warunków operacyjnych. Kontrolowanie środowiska na powierzchni katalizatora jest nową i inną metodą.
„Nie wymyśliliśmy zupełnie nowego katalizatora, ale wykorzystaliśmy nasze zrozumienie kinetyki reakcji i wykorzystaliśmy tę wiedzę, aby poprowadzić nas w myśleniu o tym, jak zmienić środowisko strony katalizatora”, powiedział Adam Weber, starszy inżynier. Naukowcy w dziedzinie technologii energetycznej w Berkeley Laboratories i współautor papierów.
Następnym krokiem jest rozszerzenie produkcji powlekanych katalizatorów. Wstępne eksperymenty zespołu Berkeley Lab obejmowały małe płaskie systemy, które były znacznie prostsze niż porowate struktury na dużym obszarze wymagane do zastosowań komercyjnych. „Nietrudno jest zastosować powłokę na płaskiej powierzchni. Ale metody komercyjne mogą obejmować powłoki małe miedziane kulki” - powiedział Bell. Dodanie drugiej warstwy powłoki staje się trudne. Jedną z możliwości jest mieszanie i odkładanie dwóch powłok razem w rozpuszczalniku i nadzieja, że rozdzieli się, gdy rozpuszczalnik odparowuje. Co jeśli nie? Bell doszedł do wniosku: „Musimy tylko być mądrzejsi”. Patrz Kim C, Bui JC, Luo X i innych. Dostosowane mikrośrodowisko katalizatora do elektro-redukcji CO2 do produktów wielokarbonowych przy użyciu podwójnie warstwy jonomerowej powłoki jonomerowej na miedzi. Nat Energy. 2021; 6 (11): 1026-1034. doi: 10.1038/S41560-021-00920-8
Ten artykuł jest odtworzony z następującego materiału. Uwaga: Materiał mógł być edytowany pod kątem długości i treści. Aby uzyskać więcej informacji, skontaktuj się z cytowanym źródłem.
Czas po: 22-2021
