Заповніть форму нижче, і ми надішлемо вам електронну версію PDF "Нові вдосконалення технологій для перетворення вуглекислого газу в рідке паливо"
Вуглекислий газ (CO2) є продуктом спалювання викопних палив та найпоширенішого парникового газу, який може бути перетворений назад у корисне паливо стійко. Один перспективний спосіб перетворення викидів CO2 в сироту палива - це процес, який називається електрохімічним зменшенням. Але щоб бути комерційно життєздатним, процес потрібно вдосконалити для вибору або отримання більш бажаних продуктів, багатих вуглецю. Тепер, як повідомлялося в журналі Nature Energy, Національна лабораторія Лоуренса Берклі (Лабораторія Берклі) розробила новий метод поліпшення поверхні мідного каталізатора, що використовується для допоміжної реакції, тим самим збільшуючи селективність процесу.
"Хоча ми знаємо, що мідь є найкращим каталізатором цієї реакції, вона не забезпечує високої селективності для бажаного продукту", - сказав Алексіс, старший вчений на кафедрі хімічних наук у лабораторії Берклі та професор хімічної інженерії в Каліфорнійському університеті, Берклі. Заклинання сказав. "Наша команда виявила, що ви можете використовувати місцеве середовище каталізатора, щоб зробити різні хитрощі, щоб забезпечити подібну вибірковість".
У попередніх дослідженнях дослідники встановили точні умови для забезпечення найкращого електричного та хімічного середовища для створення продуктів, багатих вуглецю з комерційною цінністю. Але ці умови суперечать умовам, які природним чином виникають у типових паливних елементах, використовуючи електропровідні матеріали на водній основі.
Для того, щоб визначити дизайн, яка може бути використана в середовищі водних вод паливних елементів, як частина проекту Центру інновацій енергетичного інновацій у Альянсі рідкого сонячного сонячного сонячного сонячного Міністерства енергетики, Белл та його команда звернулися до тонкого шару іономера, що дозволяє проходити певні заряджені молекули (іони). Виключіть інші іони. Через їх високоселективні хімічні властивості вони особливо придатні для сильного впливу на мікросередовище.
Чаньйон Кім, докторантський дослідник групи Bell та перший автор статті, запропонував покрити поверхню мідних каталізаторів двома загальними іономерами, нафіоном та підтримкою. Команда висунула гіпотезу, що це повинно змінити навколишнє середовище поблизу каталізатора-включаючи рН та кількість води та вуглекислого газу-певним чином направити реакцію на виробництво продуктів, багатих вуглецю, які можна легко перетворити на корисні хімічні речовини. Продукти та рідке паливо.
Дослідники застосували тонкий шар кожного іономеру та подвійний шар з двох іономерів, до мідної плівки, що підтримується полімерним матеріалом, утворюючи плівку, яку вони могли вставити біля одного кінця електрохімічної клітини у формі рук. При введенні вуглекислого газу в акумулятор і застосовуючи напругу, вони вимірювали загальний струм, що протікає через акумулятор. Потім вони вимірювали газ і рідину, зібрані в сусідньому резервуарі під час реакції. Для двошарового випадку вони виявили, що багаті вуглецю продукція становила 80% енергії, що споживається реакцією-більша на 60% у нещільному випадку.
"Це сендвіч -покриття забезпечує найкраще з обох світів: високу вибірковість продуктів та високу активність", - сказав Белл. Двошарова поверхня не тільки корисна для продуктів, багатих вуглецю, але й одночасно генерує сильний струм, що свідчить про збільшення активності.
Дослідники дійшли висновку, що вдосконалена реакція була результатом високої концентрації СО2, накопиченої в покритті безпосередньо поверх міді. Крім того, негативно заряджені молекули, що накопичуються в області між двома іономерами, вироблять меншу локальну кислотність. Ця комбінація компенсує концентраційні компроміси, які, як правило, виникають за відсутності іономерних плівок.
З метою подальшого підвищення ефективності реакції дослідники звернулися до раніше перевіреної технології, яка не потребує іономерної плівки як іншого методу збільшення напруги CO2 та pH: імпульсної напруги. Застосовуючи імпульсну напругу до подвійного іономерного покриття, дослідники досягли збільшення продуктів, багатих вуглецем на 250%, порівняно з без покриття міді та статичної напруги.
Хоча деякі дослідники зосереджують свою роботу на розробці нових каталізаторів, відкриття каталізатора не враховує умов експлуатації. Контроль навколишнього середовища на поверхні каталізатора - це новий та інший метод.
"Ми не придумали абсолютно нового каталізатора, але використовували наше розуміння кінетики реакцій і використовували ці знання, щоб направити нас у думці про те, як змінити середовище сайту каталізатора", - сказав Адам Вебер, старший інженер. Вчені в галузі енергетичних технологій в Берклі Лабораторії та співавтор робіт.
Наступним кроком є розширення виробництва каталізаторів з покриттям. Попередні експерименти команди Berkeley Lab Team включали невеликі модельні системи плоскої моделі, які були набагато простішими, ніж пористими структурами великої області, необхідними для комерційних застосувань. "Нанувати покриття на плоску поверхню не важко. Але комерційні методи можуть включати покриття крихітних мідних кульок", - сказав Белл. Додавання другого шару покриття стає складним. Одна з можливостей - змішати та здати два покриття разом у розчиннику і сподіватися, що вони розділяються, коли розчинник випаровується. Що робити, якщо вони цього не роблять? Белл зробив висновок: "Нам просто потрібно бути розумнішими". Зверніться до Kim C, Bui JC, Luo X та інших. Індивідуальний мікросередовище каталізатора для електророзділення CO2 до мультивуглерових продуктів за допомогою подвійного шару іономеру покриття на міді. Нат енергія. 2021; 6 (11): 1026-1034. doi: 10.1038/S41560-021-00920-8
Ця стаття відтворена з наступного матеріалу. Примітка. Матеріал, можливо, був відредагований на довжину та вміст. Для отримання додаткової інформації зверніться до цитованого джерела.
Час посади: 22-2021 листопада
