Udfyld nedenstående formular, og vi sender dig PDF -versionen af "Ny teknologiforbedringer for at omdanne kuldioxid til flydende brændstof"
Kuldioxid (CO2) er produktet af forbrænding af fossile brændstoffer og den mest almindelige drivhusgas, som kan omdannes tilbage til nyttige brændstoffer på en bæredygtig måde. En lovende måde at konvertere CO2 -emissioner til brændstoffremgangsmåde er en proces kaldet elektrokemisk reduktion. Men for at være kommercielt bæredygtigt skal processen forbedres for at vælge eller producere mere ønskede kulrige produkter. Som rapporteret i tidsskriftet Nature Energy har Lawrence Berkeley National Laboratory (Berkeley Lab) udviklet en ny metode til at forbedre overfladen af den kobberkatalysator, der blev anvendt til hjælpereaktionen, og dermed øge processens selektivitet.
”Selvom vi ved, at kobber er den bedste katalysator for denne reaktion, giver det ikke høj selektivitet for det ønskede produkt,” sagde Alexis, seniorforsker i Institut for Chemical Sciences ved Berkeley Lab og en professor i kemisk teknik ved University of California, Berkeley. Stave sagde. ”Vores team fandt, at du kan bruge det lokale miljø i katalysatoren til at udføre forskellige tricks for at give denne form for selektivitet.”
I tidligere undersøgelser har forskere etableret nøjagtige tilstande for at tilvejebringe det bedste elektriske og kemiske miljø til at skabe kulstofrige produkter med kommerciel værdi. Men disse tilstande er i strid med de forhold, der naturligt forekommer i typiske brændselsceller, der bruger vandbaserede ledende materialer.
For at bestemme det design, der kan bruges i brændselscellevandmiljøet, som en del af Energy Innovation Center -projektet fra Ministeriet for Energis Liquid Sunshine Alliance, vendte Bell og hans team sig til et tyndt lag af ionomer, som gør det muligt for visse ladede molekyler (ioner) at passere igennem. Ekskluder andre ioner. På grund af deres meget selektive kemiske egenskaber er de især egnede til at have en stærk indflydelse på mikromiljøet.
Chanyeon Kim, en postdoktorisk forsker i Bell Group og den første forfatter af papiret, foreslog at belægge overfladen af kobberkatalysatorer med to almindelige ionomerer, Nafion og Sustainion. Holdet antog, at det at gøre det skulle ændre miljøet nær katalysatoren-inklusive pH og mængden af vand og kuldioxid-på en eller anden måde at dirigere reaktionen til at producere kulrige produkter, der let kan omdannes til nyttige kemikalier. Produkter og flydende brændstoffer.
Forskerne påførte et tyndt lag af hver ionomer og et dobbelt lag med to ionomerer på en kobberfilm understøttet af et polymermateriale til dannelse af en film, som de kunne indsætte i nærheden af den ene ende af en håndformet elektrokemisk celle. Ved injektion af kuldioxid i batteriet og påføring af spænding målte de den samlede strøm, der flyder gennem batteriet. Derefter målte de den gas og væske, der blev opsamlet i det tilstødende reservoir under reaktionen. I det to-lags tilfælde fandt de, at kulstofrige produkter tegnede sig for 80% af den energi, der forbruges af reaktionen-højt end 60% i den ubelagte sag.
”Denne sandwichbelægning giver det bedste fra begge verdener: høj produktselektivitet og høj aktivitet,” sagde Bell. Dobbeltlagsoverfladen er ikke kun god til kulstofrige produkter, men genererer også en stærk strøm på samme tid, hvilket indikerer en stigning i aktiviteten.
Forskerne konkluderede, at den forbedrede respons var resultatet af den høje CO2 -koncentration, der blev akkumuleret i belægningen direkte oven på kobberet. Derudover producerer negativt ladede molekyler, der akkumuleres i regionen mellem de to ionomerer, lavere lokal surhed. Denne kombination udligner koncentrationens afvejninger, der har tendens til at forekomme i fravær af ionomerfilm.
For yderligere at forbedre reaktionens effektivitet vendte forskerne sig til en tidligere bevist teknologi, der ikke kræver en ionomerfilm som en anden metode til at øge CO2 og PH: pulseret spænding. Ved at påføre pulserende spænding til dobbeltlags ionomerbelægning opnåede forskerne en stigning på 250% i kulstofrige produkter sammenlignet med ikke-overtrukket kobber og statisk spænding.
Selvom nogle forskere fokuserer deres arbejde på udviklingen af nye katalysatorer, tager opdagelsen af katalysatoren ikke hensyn til driftsforhold. Kontrol af miljøet på katalysatoroverfladen er en ny og anden metode.
”Vi kom ikke med en helt ny katalysator, men brugte vores forståelse af reaktionskinetik og brugte denne viden til at guide os til at tænke på, hvordan man ændrer miljøet på katalysatorstedet,” sagde Adam Weber, en senioringeniør. Forskere inden for energiteknologi ved Berkeley Laboratories og medforfatter til papirer.
Det næste trin er at udvide produktionen af coatede katalysatorer. Berkeley Lab-teamets foreløbige eksperimenter involverede små flade model-systemer, som var meget enklere end de porøse strukturer i stor areal, der kræves til kommercielle anvendelser. ”Det er ikke svært at anvende en belægning på en plan overflade. Men kommercielle metoder kan involvere belægning af små kobberkugler,” sagde Bell. Tilføjelse af et andet lag af belægning bliver udfordrende. En mulighed er at blande og deponere de to belægninger sammen i et opløsningsmiddel og håber, at de adskiller sig, når opløsningsmidlet fordamper. Hvad hvis de ikke gør det? Bell konkluderede: "Vi er bare nødt til at være smartere." Se Kim C, Bui JC, Luo X og andre. Tilpasset katalysatormikromiljø til elektro-reduktion af CO2 til multi-carbonprodukter ved anvendelse af dobbeltlagsionomerbelægning på kobber. Nat Energy. 2021; 6 (11): 1026-1034. doi: 10.1038/s41560-021-00920-8
Denne artikel gengives fra følgende materiale. Bemærk: Materialet kan være redigeret for længde og indhold. For mere information, kontakt den citerede kilde.
Posttid: Nov-22-2021
