Vyplňte níže uvedený formulář a my vám pošleme e -mailem verzi PDF „Nová technologická vylepšení, abyste přeměnili oxid uhličitý na kapalné palivo“
Oxid uhličitý (CO2) je produktem spalování fosilních paliv a nejběžnějšího skleníkového plynu, které lze udržitelným způsobem převést zpět na užitečná paliva. Jedním slibným způsobem, jak převést emise CO2 na surovinu paliva, je proces zvaný elektrochemická redukce. Aby byl však komerčně životaschopný, je třeba tento proces vylepšit, aby se vybral nebo vytvořil požadovanější produkty bohaté na uhlík. Nyní, jak je uvedeno v časopise Nature Energy, Lawrence Berkeley National Laboratory (Berkeley Lab) vyvinula novou metodu pro zlepšení povrchu měděného katalyzátoru používaného pro pomocnou reakci, čímž se zvyšuje selektivitu procesu.
"Ačkoli víme, že měď je nejlepším katalyzátorem této reakce, neposkytuje vysokou selektivitu pro požadovaný produkt," řekl Alexis, vedoucí vědec na Katedře chemických věd v Berkeley Lab a profesor chemického inženýrství na Kalifornské univerzitě v Berkeley. Kouzlo řeklo. "Náš tým zjistil, že můžete použít místní prostředí katalyzátoru k provedení různých triků k poskytnutí tohoto druhu selektivity."
V předchozích studiích vědci stanovili přesné podmínky, které poskytují nejlepší elektrické a chemické prostředí pro vytváření produktů bohatých na uhlík s komerční hodnotou. Tyto podmínky jsou však v rozporu s podmínkami, které se přirozeně vyskytují v typických palivových článcích pomocí vodivých materiálů na bázi vody.
Za účelem určení návrhu, který lze použít v prostředí vody s palivovými články, v rámci projektu Energy Innovation Center Project Ministerstva energetického kapalického slunečního aliance, Bell a jeho tým se obrátili na tenkou vrstvu ionomeru, což umožňuje projít určité nabité molekuly (ionty). Vyloučit jiné ionty. Vzhledem k jejich vysoce selektivním chemickým vlastnostem jsou zvláště vhodné pro silný dopad na mikroprostředí.
Chanyeon Kim, postdoktorandský výzkumný pracovník ve skupině Bell Group a první autor příspěvku, navrhl obtěžovat povrch měděných katalyzátorů dvěma běžnými ionomery, Nafionem a udržením. Tým předpokládal, že by to mělo změnit prostředí poblíž katalyzátoru-včetně pH a množství oxidu vody a uhličitého-nějakým způsobem nasměrování reakce na produkci produktů bohatých na uhlík, které lze snadno převést na užitečné chemikálie. Produkty a kapalná paliva.
Vědci aplikovali tenkou vrstvu každého iomeru a dvojitou vrstvu dvou ionomerů na měděný film podporovaný polymerním materiálem k vytvoření filmu, který by mohli vložit poblíž jednoho konce elektrochemické buňky ve tvaru ručně. Při injekci oxidu uhličitého do baterie a nanášení napětí změřili celkový proud protékající baterií. Poté změřili plyn a kapalinu shromážděnou v sousední nádrži během reakce. V případě dvouvrstvých případů zjistili, že produkty bohaté na uhlíky představovaly 80% energie spotřebované reakcí-vznešenější než 60% v nepotahovaném případě.
"Tento sendvičový povlak poskytuje to nejlepší z obou světů: vysoká selektivita produktu a vysoká aktivita," řekl Bell. Povrch s dvojitou vrstvou je nejen dobrý pro produkty bohaté na uhlík, ale také generuje silný proud současně, což naznačuje zvýšení aktivity.
Vědci dospěli k závěru, že zlepšená odpověď byla výsledkem vysoké koncentrace CO2 akumulované v povlaku přímo na horní části mědi. Kromě toho negativně nabité molekuly, které se akumulují v oblasti mezi dvěma ionomery, způsobí nižší lokální kyselost. Tato kombinace vyrovnává koncentrační kompromisy, které mají tendenci se vyskytovat v nepřítomnosti ionomerových filmů.
Za účelem dalšího zlepšení účinnosti reakce se vědci obrátili na dříve osvědčenou technologii, která nevyžaduje ionomerový film jako další metodu ke zvýšení CO2 a pH: pulzního napětí. Použitím pulzního napětí na dvojitou vrstvu ionomerního povlaku vědci dosáhli 250% nárůstu produktů bohatých na uhlík ve srovnání s nepotahovaným měděným a statickým napětím.
Přestože někteří vědci zaměřují svou práci na vývoj nových katalyzátorů, objev katalyzátoru nezohledňuje provozní podmínky. Řízení prostředí na povrchu katalyzátoru je nová a odlišná metoda.
"Nepřišli jsme s zcela novým katalyzátorem, ale použili jsme pochopení reakční kinetiky a použili jsme tyto znalosti, abychom nás vedli v přemýšlení o tom, jak změnit prostředí místa katalyzátoru," řekl Adam Weber, vedoucí inženýr. Vědci v oblasti energetické technologie v Berkeley Laboratories a spoluautor papírů.
Dalším krokem je rozšíření produkce potažených katalyzátorů. Předběžné experimenty týmu Berkeley Lab týmu zahrnovaly malé ploché modelové systémy, které byly mnohem jednodušší než porézní struktury s velkými plochami potřebnými pro komerční aplikace. "Není obtížné aplikovat povlak na rovném povrchu. Komerční metody však mohou zahrnovat potahování malých měděných koulí," řekl Bell. Přidání druhé vrstvy povlaku se stává náročným. Jednou z možností je smíchat a ukládat oba povlaky do společně a doufat, že se rozpouštějí, když se rozpouštědlo odpaří. Co když ne? Bell dospěl k závěru: „Musíme jen být chytřejší.“ Viz Kim C, Bui JC, Luo X a další. Přizpůsobené mikroprostředí katalyzátoru pro elektronickou redukci CO2 do více-uhlíkových produktů pomocí dvojitého vrstva ionomerního povlaku na mědi. Nat Energy. 2021; 6 (11): 1026-1034. doi: 10.1038/s41560-021-00920-8
Tento článek je reprodukován z následujícího materiálu. Poznámka: Materiál mohl být upraven pro délku a obsah. Pro více informací kontaktujte citovaný zdroj.
Čas příspěvku: listopadu 22-2021
