Wypełnij poniższy formularz, a my prześlemy Ci e-mailem wersję PDF „Nowe ulepszenia technologii w celu konwersji dwutlenku węgla na paliwo płynne”
Dwutlenek węgla (CO2) jest produktem spalania paliw kopalnych i najpowszechniejszym gazem cieplarnianym, który można ponownie przekształcić w użyteczne paliwa w zrównoważony sposób.Jednym z obiecujących sposobów przekształcania emisji CO2 w paliwo jest proces zwany redukcją elektrochemiczną.Aby jednak proces był opłacalny komercyjnie, należy go ulepszyć, aby wybrać lub wytworzyć bardziej pożądane produkty bogate w węgiel.Teraz, jak donosi czasopismo Nature Energy, Lawrence Berkeley National Laboratory (Berkeley Lab) opracowało nową metodę ulepszania powierzchni katalizatora miedziowego stosowanego w reakcji pomocniczej, zwiększając tym samym selektywność procesu.
„Chociaż wiemy, że miedź jest najlepszym katalizatorem tej reakcji, nie zapewnia ona wysokiej selektywności dla pożądanego produktu” – powiedział Alexis, starszy naukowiec z Wydziału Nauk Chemicznych w Berkeley Lab i profesor inżynierii chemicznej na Uniwersytecie Kalifornii, Berkeley.- powiedział czar.„Nasz zespół odkrył, że można wykorzystać lokalne środowisko katalizatora do wykonywania różnych sztuczek w celu zapewnienia tego rodzaju selektywności”.
W poprzednich badaniach naukowcy ustalili dokładne warunki, aby zapewnić najlepsze środowisko elektryczne i chemiczne do tworzenia produktów bogatych w węgiel o wartości handlowej.Warunki te są jednak sprzeczne z warunkami naturalnie występującymi w typowych ogniwach paliwowych wykorzystujących materiały przewodzące na bazie wody.
W celu określenia projektu, który można zastosować w środowisku wodnym ogniwa paliwowego, w ramach projektu Centrum Innowacji Energetycznych Ministerstwa Energii Liquid Sunshine Alliance, Bell i jego zespół zwrócili się do cienkiej warstwy jonomeru, która umożliwia pewne naładowanie molekuły (jony) do przejścia.Wyklucz inne jony.Ze względu na swoje wysoce selektywne właściwości chemiczne nadają się szczególnie do silnego oddziaływania na mikrośrodowisko.
Chanyeon Kim, doktor habilitowany w grupie Bell i pierwszy autor artykułu, zaproponował pokrycie powierzchni katalizatorów miedzianych dwoma powszechnymi jonomerami, Nafionem i Sustainionem.Zespół postawił hipotezę, że powinno to zmienić środowisko w pobliżu katalizatora - w tym pH oraz ilość wody i dwutlenku węgla - w jakiś sposób, aby skierować reakcję na produkty bogate w węgiel, które można łatwo przekształcić w użyteczne chemikalia.Produkty i paliwa płynne.
Naukowcy nałożyli cienką warstwę każdego jonomeru i podwójną warstwę dwóch jonomerów na miedzianą warstwę wzmocnioną materiałem polimerowym, aby utworzyć warstwę, którą mogli umieścić w pobliżu jednego końca ręcznie ukształtowanego ogniwa elektrochemicznego.Wstrzykując dwutlenek węgla do akumulatora i przykładając napięcie, zmierzyli całkowity prąd przepływający przez akumulator.Następnie zmierzyli gaz i ciecz zebrane w sąsiednim zbiorniku podczas reakcji.W przypadku obudowy dwuwarstwowej odkryli, że produkty bogate w węgiel stanowiły 80% energii zużywanej w reakcji – ponad 60% w przypadku obudowy niepowlekanej.
„Ta warstwowa powłoka zapewnia to, co najlepsze z obu światów: wysoką selektywność produktu i wysoką aktywność” — powiedział Bell.Dwuwarstwowa powierzchnia jest nie tylko dobra dla produktów bogatych w węgiel, ale jednocześnie generuje silny prąd, wskazujący na wzrost aktywności.
Naukowcy doszli do wniosku, że lepsza reakcja była wynikiem wysokiego stężenia CO2 zgromadzonego w powłoce bezpośrednio na wierzchu miedzi.Ponadto ujemnie naładowane cząsteczki, które gromadzą się w obszarze między dwoma jonomerami, spowodują niższą lokalną kwasowość.Ta kombinacja kompensuje kompromisy dotyczące stężenia, które zwykle występują przy braku warstw jonomerów.
Aby jeszcze bardziej poprawić wydajność reakcji, naukowcy zwrócili się do sprawdzonej wcześniej technologii, która nie wymaga warstwy jonomerów jako innej metody zwiększania CO2 i pH: napięcia pulsacyjnego.Stosując napięcie pulsacyjne do dwuwarstwowej powłoki jonomerowej, naukowcy osiągnęli 250% wzrost produktów bogatych w węgiel w porównaniu z niepowlekaną miedzią i napięciem statycznym.
Chociaż niektórzy badacze koncentrują swoją pracę na opracowaniu nowych katalizatorów, odkrycie katalizatora nie uwzględnia warunków pracy.Kontrolowanie środowiska na powierzchni katalizatora to nowa i inna metoda.
„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 w miejscu katalizatora” – powiedział Adam Weber, starszy inżynier.Naukowcy zajmujący się technologią energetyczną w Berkeley Laboratories i współautor artykułów.
Kolejnym krokiem jest rozszerzenie produkcji katalizatorów powlekanych.Wstępne eksperymenty zespołu Berkeley Lab obejmowały małe płaskie systemy modelowe, które były znacznie prostsze niż wielkopowierzchniowe struktury porowate wymagane do zastosowań komercyjnych.„Nałożenie powłoki na płaską powierzchnię nie jest trudne.Ale metody komercyjne mogą obejmować powlekanie maleńkich miedzianych kulek” – powiedział Bell.Dodanie drugiej warstwy powłoki staje się wyzwaniem.Jedną z możliwości jest zmieszanie i nałożenie razem dwóch powłok w rozpuszczalniku i nadzieja, że rozdzielą się, gdy rozpuszczalnik odparuje.A jeśli nie?Bell podsumował: „Po prostu musimy być mądrzejsi”.Patrz Kim C, Bui JC, Luo X i inni.Dostosowane mikrośrodowisko katalizatora do elektroredukcji CO2 do produktów wielowęglowych przy użyciu dwuwarstwowej powłoki jonomerowej na miedzi.Energia Nat.2021;6(11):1026-1034.doi:10.1038/s41560-021-00920-8
Ten artykuł jest powielany z następującego materiału.Uwaga: Materiał mógł zostać zredagowany pod względem długości i treści.Aby uzyskać więcej informacji, skontaktuj się z cytowanym źródłem.
Czas postu: 22 listopada 2021 r
