Täitke allolev vorm ja me saadame teile e-kirjaga PDF-versiooni dokumendist "Uued tehnoloogia täiustused süsinikdioksiidi vedelkütuseks muundamiseks"
Süsinikdioksiid (CO2) on fossiilkütuste põletamisel tekkiv toode ja kõige levinum kasvuhoonegaas, mida saab säästval viisil kasulikeks kütusteks muuta. Üks paljutõotav viis CO2 heitmete muundamiseks kütuse lähteaineks on protsess, mida nimetatakse elektrokeemiliseks redutseerimiseks. Kuid selleks, et olla äriliselt elujõuline, tuleb protsessi täiustada, et valida või toota rohkem soovitud süsinikurikkaid tooteid. Nagu ajakirjas Nature Energy on teatatud, on Lawrence Berkeley riiklik labor (Berkeley Lab) välja töötanud uue meetodi abireaktsioonis kasutatava vaskkatalüsaatori pinna parandamiseks, suurendades seeläbi protsessi selektiivsust.
"Kuigi me teame, et vask on selle reaktsiooni jaoks parim katalüsaator, ei taga see soovitud toote kõrget selektiivsust," ütles Alexis, Berkeley Labi keemiateaduste osakonna vanemteadur ja ülikooli keemiatehnoloogia professor. Californias, Berkeleys. Spell ütles. "Meie meeskond leidis, et saate kasutada katalüsaatori kohalikku keskkonda, et teha mitmesuguseid trikke sellise selektiivsuse tagamiseks."
Varasemates uuringutes on teadlased loonud täpsed tingimused, et luua parim elektriline ja keemiline keskkond kaubandusliku väärtusega süsinikurikaste toodete loomiseks. Kuid need tingimused on vastuolus tingimustega, mis looduslikult esinevad tüüpilistes veepõhiseid juhtivaid materjale kasutavates kütuseelementides.
Kütuseelementide veekeskkonnas kasutatava disaini väljaselgitamiseks pöördus Bell ja tema meeskond Energeetikaministeeriumi Liquid Sunshine Alliance'i energiainnovatsioonikeskuse projekti raames õhukese ionomeeri kihi poole, mis võimaldab teatud laetud molekulid (ioonid), mida läbida. Muud ioonid välistada. Oma väga selektiivsete keemiliste omaduste tõttu sobivad need eriti hästi mikrokeskkonna tugevaks mõjutamiseks.
Chanyeon Kim, Belli rühma järeldoktor ja töö esimene autor, tegi ettepaneku katta vaskkatalüsaatorite pind kahe tavalise ionomeeriga, Nafion ja Sustainion. Töörühm püstitas hüpoteesi, et see peaks muutma katalüsaatori läheduses olevat keskkonda – sealhulgas pH-d ning vee ja süsinikdioksiidi kogust –, et suunata reaktsioon süsinikurikaste toodete tootmiseks, mida saab hõlpsasti kasulikeks kemikaalideks muuta. Tooted ja vedelkütused.
Teadlased kandsid iga ionomeeri õhukese kihi ja kahe ionomeeri kahekihilise kihi polümeermaterjaliga toetatud vaskkilele, et moodustada kile, mille nad võisid sisestada käsitsi kujundatud elektrokeemilise raku ühe otsa lähedale. Süsihappegaasi akusse süstimisel ja pinge rakendamisel mõõtsid nad akut läbivat koguvoolu. Seejärel mõõtsid nad reaktsiooni käigus kõrvalasuvasse reservuaari kogunenud gaasi ja vedelikku. Kahekihilise juhtumi puhul leidsid nad, et süsinikurikkad tooted moodustasid 80% reaktsiooni käigus tarbitud energiast – katmata korpuse puhul rohkem kui 60%.
"See sandwich-kate pakub mõlemast maailmast parimat: kõrge toote selektiivsus ja kõrge aktiivsus," ütles Bell. Kahekihiline pind pole mitte ainult hea süsinikurikaste toodete jaoks, vaid tekitab samal ajal ka tugevat voolu, mis viitab aktiivsuse suurenemisele.
Teadlased jõudsid järeldusele, et paranenud reaktsioon tulenes kõrgest CO2 kontsentratsioonist, mis kogunes otse vase peale. Lisaks toovad negatiivselt laetud molekulid, mis kogunevad kahe ionomeeri vahelisse piirkonda, madalamat kohalikku happesust. See kombinatsioon kompenseerib kontsentratsiooni kompromisse, mis kipuvad ilmnema ionomeerkilede puudumisel.
Reaktsiooni efektiivsuse edasiseks parandamiseks pöördusid teadlased varem tõestatud tehnoloogia poole, mis ei nõua ionomeerkilet kui teist meetodit CO2 ja pH suurendamiseks: impulsspinge. Kahekihilisele ionomeerkattele impulsspinge rakendamisega saavutasid teadlased süsinikurikaste toodete 250% tõusu võrreldes katmata vase ja staatilise pingega.
Kuigi mõned teadlased keskenduvad oma töös uute katalüsaatorite väljatöötamisele, ei võeta katalüsaatori avastamisel arvesse töötingimusi. Katalüsaatori pinnal oleva keskkonna juhtimine on uus ja teistsugune meetod.
"Me ei mõelnud välja täiesti uut katalüsaatorit, vaid kasutasime oma arusaama reaktsioonikineetikast ja kasutasime neid teadmisi, et suunata meid mõtlema, kuidas katalüsaatori asukoha keskkonda muuta," ütles vaneminsener Adam Weber. Berkeley Laboratories energiatehnoloogia valdkonna teadlased ja artiklite kaasautor.
Järgmine samm on kaetud katalüsaatorite tootmise laiendamine. Berkeley Labi meeskonna esialgsed katsed hõlmasid väikeseid lamedaid mudelsüsteeme, mis olid palju lihtsamad kui kaubanduslikeks rakendusteks vajalikud suure pindalaga poorsed struktuurid. “Lamedale pinnale pole katet raske kanda. Kuid kaubanduslikud meetodid võivad hõlmata pisikeste vaskpallide katmist, ”ütles Bell. Teise kattekihi lisamine muutub keeruliseks. Üks võimalus on need kaks katet lahustis kokku segada ja sadestada ning loota, et need lahusti aurustumisel eralduvad. Mis siis, kui nad seda ei tee? Bell lõpetas: "Peame lihtsalt targemad olema." Vt Kim C, Bui JC, Luo X ja teised. Kohandatud katalüsaatori mikrokeskkond CO2 elektriliseks redutseerimiseks mitme süsinikusisaldusega toodeteks, kasutades vasel kahekihilist ionomeerkatet. Nat Energy. 2021;6(11):1026-1034. doi:10.1038/s41560-021-00920-8
See artikkel on reprodutseeritud järgmisest materjalist. Märkus. Materjali pikkust ja sisu võib olla muudetud. Lisateabe saamiseks võtke ühendust viidatud allikaga.
Postitusaeg: 22.11.2021
