Попълнете формата по -долу и ние ще ви изпратим имейл на PDF версията на „Нови технологични подобрения за преобразуване на въглероден диоксид в течно гориво“
Въглеродният диоксид (CO2) е продукт на изгаряне на изкопаеми горива и най -често срещания парников газ, който може да бъде превърнат обратно в полезни горива по устойчив начин. Един обещаващ начин за преобразуване на емисиите на CO2 в суровина за гориво е процес, наречен електрохимично намаляване. Но за да бъде търговски жизнеспособен, процесът трябва да бъде подобрен, за да се избере или произведе по-желани богати на въглерод продукти. Сега, както се съобщава в списанието Nature Energy, Националната лаборатория на Лорънс Беркли (Berkeley Lab) разработи нов метод за подобряване на повърхността на медния катализатор, използван за спомагателната реакция, като по този начин увеличава селективността на процеса.
„Въпреки че знаем, че медта е най -добрият катализатор за тази реакция, тя не осигурява висока селективност за желания продукт“, казва Алексис, старши учен в катедрата по химически науки в лабораторията в Беркли и професор по химическо инженерство в Калифорнийския университет, Беркли. Заклинание каза. „Нашият екип откри, че можете да използвате местната среда на катализатора, за да правите различни трикове, за да осигурите този вид селективност.“
В предишни проучвания изследователите са установили точни условия, за да осигурят най-добрата електрическа и химическа среда за създаване на богати на въглерод продукти с търговска стойност. Но тези условия са в противоречие с условията, които естествено се появяват в типичните горивни клетки, използвайки проводими на водна основа.
За да се определи дизайнът, който може да се използва в средата на горивните клетки, като част от проекта на Центъра за иновации на енергията на течния слънчев алианс на Министерството на енергийните слънчеви лъчи, Бел и неговият екип се насочиха към тънък слой йономер, който позволява да преминат определени заредени молекули (йони). Изключете други йони. Поради своите силно селективни химични свойства, те са особено подходящи за силно влияние върху микросредата.
Chanyeon Kim, докторантура в групата Bell и първият автор на хартията, предложи да покрие повърхността на медни катализатори с два общи йонера, нафон и устойчивост. Екипът предположи, че това трябва да промени околната среда в близост до катализатора-включително PH и количеството на водата и въглеродния диоксид-по някакъв начин да се насочи реакцията за получаване на богати на въглерод продукти, които могат лесно да бъдат превърнати в полезни химикали. Продукти и течни горива.
Изследователите прилагаха тънък слой на всеки йономер и двоен слой от два йонера върху меден филм, поддържан от полимерен материал, за да образуват филм, който те могат да вмъкнат близо до единия край на ръчна форма на електрохимична клетка. Когато инжектират въглероден диоксид в батерията и прилагат напрежение, те измерват общия ток, преминаващ през батерията. Тогава те измерват газа и течността, събрани в съседния резервоар по време на реакцията. За двуслойния случай те откриха, че богатите на въглерод продукти представляват 80% от консумираната енергия от реакцията-по-рано от 60% в случая с неограничен случай.
„Това сандвич покритие осигурява най -доброто от двата свята: висока селективност на продукта и висока активност“, каза Бел. Двуслойната повърхност е не само за богати на въглерод продукти, но също така генерира силен ток в същото време, което показва увеличаване на активността.
Изследователите стигнаха до заключението, че подобреният отговор е резултат от високата концентрация на CO2, натрупана в покритието директно върху медта. В допълнение, отрицателно заредените молекули, които се натрупват в областта между двата йономера, ще доведат до по -ниска локална киселинност. Тази комбинация компенсира концентрационните компромиси, които са склонни да се появяват при липса на йономерни филми.
За да подобрят по -нататъшното подобряване на ефективността на реакцията, изследователите се обърнаха към доказана по -рано технология, която не изисква йономерна филм като друг метод за увеличаване на CO2 и рН: импулсно напрежение. Чрез прилагането на импулсно напрежение върху двойно слойното йономерно покритие, изследователите постигнаха 250% увеличение на богатите на въглерод продукти в сравнение с медта и статичното напрежение.
Въпреки че някои изследователи фокусират работата си върху развитието на нови катализатори, откриването на катализатора не отчита условията на работа. Контролът на средата на повърхността на катализатора е нов и различен метод.
„Не измислихме напълно нов катализатор, но използвахме нашето разбиране за кинетиката на реакцията и използвахме тези знания, за да ни насочи да мислим как да променим околната среда на сайта на катализатора“, казва Адам Вебер, старши инженер. Учени в областта на енергийните технологии в Berkeley Laboratories и съавтор на Papers.
Следващата стъпка е да се разшири производството на покрити катализатори. Предварителните експерименти на екипа на Berkeley Lab включваха малки системи с плоски модели, които бяха много по-прости от порестите структури с голям район, необходими за търговските приложения. „Не е трудно да се прилагат покритие върху равна повърхност. Но търговските методи могат да включват покритие на малки медни топки“, каза Бел. Добавянето на втори слой покритие става предизвикателно. Една от възможностите е да се смесват и депозират двете покрития заедно в разтворител и се надяват, че те се разделят, когато разтворителят се изпари. Ами ако не го направят? Бел заключи: „Просто трябва да сме по -умни.“ Вижте Kim C, Bui JC, Luo X и други. Персонализирана катализаторна микросреда за електроодрастване на CO2 към много въглеродни продукти, използвайки двойно слой йономерно покритие върху мед. Nat Energy. 2021; 6 (11): 1026-1034. doi: 10.1038/s41560-021-00920-8
Тази статия е възпроизведена от следния материал. Забележка: Материалът може да е редактиран за дължина и съдържание. За повече информация, моля, свържете се с цитирания източник.
Време за публикация: ноември-22-2021
