Töltse ki az alábbi űrlapot, és e -mailben küldjük el Önnek az „Új technológiai fejlesztések PDF verzióját, hogy a szén -dioxid folyékony üzemanyaggá alakítsák”
A szén -dioxid (CO2) az égő fosszilis tüzelőanyagok és a leggyakoribb üvegházhatású gáz terméke, amelyet fenntartható módon vissza lehet alakítani hasznos üzemanyagokká. A CO2 -kibocsátás üzemanyag -alapanyaggá történő átalakításának egyik ígéretes módja az elektrokémiai redukciónak nevezett folyamat. Ahhoz, hogy kereskedelmi szempontból életképes legyen, a folyamatot javítani kell a kívánt szén-dioxid-gazdag termékek kiválasztásához vagy előállításához. Most, amint azt a Nature Energy folyóiratban közölték, a Lawrence Berkeley Nemzeti Laboratórium (Berkeley Lab) új módszert dolgozott ki a kiegészítő reakcióhoz használt rézkatalizátor felületének javítására, ezáltal növelve a folyamat szelektivitását.
"Noha tudjuk, hogy a réz a legjobb katalizátora ennek a reakciónak, ez nem biztosít nagy szelektivitást a kívánt termék számára" - mondta Alexis, a Berkeley Lab Kémiai Tudományok Tanszékének vezető tudósa, valamint a Berkeley -i Kaliforniai Egyetem vegyészmérnöki professzora. - mondta varázslat. "Csapatunk úgy találta, hogy felhasználhatja a katalizátor helyi környezetét, hogy különféle trükköket készítsen az ilyen típusú szelektivitás biztosítására."
A korábbi tanulmányokban a kutatók pontos feltételeket hoztak létre, hogy a legjobb elektromos és kémiai környezetet biztosítsák a szénben gazdag termékek kereskedelmi értékkel történő létrehozásához. De ezek a feltételek ellentétesek azokkal a feltételekkel, amelyek természetesen előfordulnak a tipikus üzemanyagcellákban, vízalapú vezetőképes anyagok felhasználásával.
Annak meghatározása érdekében, hogy az üzemanyagcellák vízkörnyezetében felhasználható a tervezés, az Energiainnovációs Központ projekt részeként az Energiaügyi Minisztérium Liquid Sunshine Alliance -jének részeként, Bell és csapata egy vékony ionomerréteghez fordult, amely lehetővé teszi bizonyos töltött molekulák (ionok) áthaladását. Kizárja más ionokat. Nagyon szelektív kémiai tulajdonságaik miatt különösen alkalmasak arra, hogy erősen befolyásolják a mikrokörnyezetet.
Chanyeon Kim, a Bell Group posztdoktori kutatója és a cikk első szerzője javasolta, hogy a rézkatalizátorok felületét két általános ionomerrel, a Nafionnal és a fenntartással borítsák be. A csapat feltételezte, hogy ennek végrehajtásának megváltoztatnia kell a katalizátor közelében lévő környezetet-beleértve a pH-t, valamint a víz és a szén-dioxid mennyiségét-valamilyen módon annak a reakciónak a irányításához, amely olyan szénben gazdag termékeket állít elő, amelyek könnyen átalakíthatók hasznos vegyi anyagokká. Termékek és folyékony üzemanyagok.
A kutatók mindegyik ionomer vékony rétegét és két ionomer kettős rétegét alkalmazták egy rézfilmre, amelyet egy polimer anyag támogatott, hogy egy filmet képezzenek, amelyet egy kézi alakú elektrokémiai sejt egyik vége közelében beilleszthetnek. Amikor a szén -dioxidot injektálják az akkumulátorba, és feszültség felhordásakor megmérik az akkumulátoron átáramló teljes áramot. Ezután a reakció során megmérték a szomszédos tartályban összegyűjtött gázt és folyadékot. A kétrétegű eset esetében azt találták, hogy a szénben gazdag termékek a reakció által fogyasztott energia 80% -át teszik ki-a bevonat nélküli esetben 60% -nál.
"Ez a szendvics bevonat mindkét világ legjobbjait nyújtja: a magas termék szelektivitást és a magas tevékenységet" - mondta Bell. A kettősrétegű felület nemcsak a szénben gazdag termékek számára jó, hanem egyidejűleg erős áramot is generál, jelezve az aktivitás növekedését.
A kutatók arra a következtetésre jutottak, hogy a jobb válasz a bevonatban felhalmozódott magas CO2 -koncentráció eredménye a réz tetején. Ezenkívül a két ionomer közötti régióban felhalmozódó negatív töltésű molekulák alacsonyabb helyi savasságot eredményeznek. Ez a kombináció ellensúlyozza a koncentráció kompromisszumait, amelyek általában ionomerfilmek hiányában jelentkeznek.
A reakció hatékonyságának további javítása érdekében a kutatók egy korábban bevált technológiához fordultak, amely nem igényel egy ionomerfilmet, mint egy másik módszer a CO2 és a PH: impulzusos feszültség növelésére. Az impulzusos feszültség alkalmazásával a kettős rétegű ionomer bevonatra a kutatók 250% -kal növekedtek a szénben gazdag termékekben, mint a bevonat nélküli réz és a statikus feszültség.
Bár egyes kutatók munkájukat az új katalizátorok fejlesztésére összpontosítják, a katalizátor felfedezése nem veszi figyelembe a működési feltételeket. A környezet ellenőrzése a katalizátor felületén új és más módszer.
"Nem egy teljesen új katalizátorral álltunk elő, hanem a reakció kinetikájának megértésével, és ezeket az ismereteket arra használtuk, hogy gondolkodjunk azon, hogyan lehet megváltoztatni a katalizátor helyének környezetét" - mondta Adam Weber, az idősebb mérnök. A Berkeley Laboratories energiatechnikai területén működő tudósok és a papírok társszerzője.
A következő lépés a bevont katalizátorok előállításának kibővítése. A Berkeley laboratóriumi csapat előzetes kísérletei olyan kis lapos modellrendszereket tartalmaztak, amelyek sokkal egyszerűbbek voltak, mint a kereskedelmi alkalmazásokhoz szükséges nagy területű porózus szerkezetek. "Nem nehéz bevonatot alkalmazni egy lapos felületre. De a kereskedelmi módszerek magukban foglalhatják az apró rézgolyók bevonását" - mondta Bell. A bevonat második rétegének hozzáadása kihívást jelent. Az egyik lehetőség az, hogy a két bevonatot összekeverjük és lerakják egy oldószerbe, és reméljük, hogy elkülönülnek, amikor az oldószer elpárolog. Mi van, ha nem? Bell arra a következtetésre jutott: "Csak okosabbnak kell lennünk." Lásd Kim C, Bui JC, Luo X és mások. Testreszabott katalizátor mikrokörnyezete a CO2 elektro-redukciójára többszén-termékekbe, kettős rétegű ionomer bevonattal rézen. Nat energia. 2021; 6 (11): 1026-1034. doi: 10.1038/s41560-021-00920-8
Ezt a cikket a következő anyagból reprodukálják. MEGJEGYZÉS: Az anyagot a hossz és a tartalom érdekében szerkesztették. További információkért vegye fel a kapcsolatot az idézett forráshoz.
A postai idő: november-22-2021
