Vyplňte níže uvedený formulář a my vám zašleme e-mailem PDF verzi „Vylepšení nových technologií pro přeměnu oxidu uhličitého na kapalné palivo“
Oxid uhličitý (CO2) je produktem spalování fosilních paliv a nejběžnějšího skleníkového plynu, který lze udržitelným způsobem přeměnit zpět na užitečná paliva. Jedním ze slibných způsobů, jak přeměnit emise CO2 na surovinu paliva, je proces zvaný elektrochemická redukce. Ale aby byl proces komerčně životaschopný, musí být zlepšen, aby se vybraly nebo produkovaly více žádané produkty bohaté na uhlík. Nyní, jak bylo 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 zvýšila selektivita procesu.
"Ačkoli víme, že měď je nejlepším katalyzátorem pro tuto reakci, neposkytuje vysokou selektivitu pro požadovaný produkt," řekl Alexis, vedoucí vědec na katedře chemických věd v Berkeley Lab a profesor chemického inženýrství na univerzitě. z Kalifornie, Berkeley. Spell řekl. "Náš tým zjistil, že můžete použít místní prostředí katalyzátoru k různým trikům, které zajistí tento druh selektivity."
V předchozích studiích vědci stanovili přesné podmínky pro zajištění nejlepšího elektrického a chemického 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 využívajících vodivé materiály na vodní bázi.
Aby bylo možné určit design, který lze použít ve vodním prostředí palivových článků, v rámci projektu Centra energetických inovací Ministerstva energetiky Liquid Sunshine Alliance, Bell a jeho tým použili tenkou vrstvu ionomeru, která umožňuje určité nabití molekuly (ionty), kterými projdou. Vyloučit ostatní ionty. Díky svým vysoce selektivním chemickým vlastnostem jsou zvláště vhodné pro silný dopad na mikroprostředí.
Chanyeon Kim, postdoktorandský výzkumník ve skupině Bell a první autor článku, navrhl pokrýt povrch měděných katalyzátorů dvěma běžnými ionomery, Nafion a Sustainion. Tým předpokládal, že by to mělo změnit prostředí v blízkosti katalyzátoru - včetně pH a množství vody a oxidu uhličitého - nějakým způsobem, aby se reakce nasměrovala na produkty bohaté na uhlík, které lze snadno přeměnit na užitečné chemikálie. Produkty a kapalná paliva.
Vědci nanesli tenkou vrstvu každého ionomeru a dvojitou vrstvu dvou ionomerů na měděný film podpořený polymerním materiálem, aby vytvořili film, který mohli vložit do blízkosti jednoho konce ručně tvarovaného elektrochemického článku. Při vstřikování oxidu uhličitého do baterie a přivádění napětí měřili celkový proud protékající baterií. Poté měřili plyn a kapalinu nashromážděnou v přilehlém zásobníku během reakce. U dvouvrstvého případu zjistili, že produkty bohaté na uhlík představovaly 80 % energie spotřebované reakcí – více než 60 % v nepotaženém pouzdru.
"Tento sendvičový povlak poskytuje to nejlepší z obou světů: vysokou selektivitu produktu a vysokou aktivitu," řekl Bell. Dvouvrstvý povrch je dobrý nejen pro produkty bohaté na uhlík, ale zároveň generuje silný proud, což ukazuje na zvýšení aktivity.
Výzkumníci došli k závěru, že zlepšená odezva byla výsledkem vysoké koncentrace CO2 nahromaděné v povlaku přímo na mědi. Navíc záporně nabité molekuly, které se hromadí v oblasti mezi dvěma ionomery, budou produkovat nižší místní kyselost. Tato kombinace kompenzuje koncentrační kompromisy, ke kterým dochází v nepřítomnosti ionomerních filmů.
Za účelem dalšího zlepšení účinnosti reakce se vědci obrátili na dříve osvědčenou technologii, která nevyžaduje ionomerní film jako další metodu ke zvýšení CO2 a pH: pulzní napětí. Aplikací pulzního napětí na dvouvrstvý ionomerní povlak vědci dosáhli 250% nárůstu produktů bohatých na uhlík ve srovnání s nepotaženou mědí a statickým napětím.
Přestože někteří badatelé zaměřují svou práci na vývoj nových katalyzátorů, objev katalyzátoru nebere v úvahu provozní podmínky. Řízení prostředí na povrchu katalyzátoru je nová a odlišná metoda.
"Nepřišli jsme s úplně novým katalyzátorem, ale využili jsme naše znalosti reakční kinetiky a použili jsme tyto znalosti k tomu, aby nás vedly při přemýšlení o tom, jak změnit prostředí místa katalyzátoru," řekl Adam Weber, vedoucí inženýr. Vědci v oblasti energetických technologií v Berkeley Laboratories a spoluautor článků.
Dalším krokem je rozšíření výroby potahovaných katalyzátorů. Předběžné experimenty týmu Berkeley Lab zahrnovaly malé ploché modelové systémy, které byly mnohem jednodušší než velkoplošné porézní struktury potřebné pro komerční aplikace. „Nanést nátěr na rovný povrch není nic složitého. Ale komerční metody mohou zahrnovat potahování malých měděných kuliček, " řekl Bell. Přidání druhé vrstvy nátěru je náročné. Jednou z možností je smíchat a uložit oba povlaky dohromady v rozpouštědle a doufat, že se oddělí, když se rozpouštědlo odpaří. Co když ne? Bell uzavřel: "Musíme být chytřejší." Viz Kim C, Bui JC, Luo X a další. Přizpůsobené mikroprostředí katalyzátoru pro elektroredukci CO2 na víceuhlíkové produkty pomocí dvouvrstvého 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 z hlediska délky a obsahu. Pro více informací prosím kontaktujte citovaný zdroj.
Čas odeslání: 22. listopadu 2021
