Täitke allolev vorm ja me saadame teile e -posti aadressi "Uue tehnoloogia täiustamise PDF -versioon, et teisendada süsinikdioksiid vedelaks kütuseks"
Süsinikdioksiid (CO2) on põlevate fossiilkütuste ja kõige tavalisema kasvuhoonegaaside tulemus, mille saab jätkusuutlikult muuta kasulikeks kütusteks. Üks paljulubav viis CO2 heitkoguste teisendamiseks kütuse lähteaineks on protsess, mida nimetatakse elektrokeemiliseks redutseerimiseks. Kuid selleks, et olla äriliselt elujõuline, tuleb protsessi täiustada, et valida või toota soovitud süsinikurikkaid tooteid. Nagu ajakirjas Nature Energy teatatud, on Lawrence Berkeley riiklik laboratoorium (Berkeley lab) välja töötanud uue meetodi abireaktsiooni jaoks kasutatava vasekatalüsaatori pinna parandamiseks, suurendades sellega protsessi selektiivsust.
"Ehkki me teame, et vask on selle reaktsiooni parim katalüsaator, ei anna see soovitud toote jaoks suurt selektiivsust," ütles Berkeley Labi keemiateaduste osakonna vanemteadlane Alexis ja Berkeley California ülikooli keemiatehnika professor. Loits ütles. "Meie meeskond leidis, et saate kasutada katalüsaatori kohalikku keskkonda, et teha mitmesuguseid nippe sellise selektiivsuse tagamiseks."
Varasemates uuringutes on teadlased kehtestanud täpsed tingimused, et pakkuda parimat elektri- ja keemiline keskkond süsinikurikaste toodete loomiseks, millel on kaubanduslik väärtus. Kuid need tingimused on vastuolus tingimustega, mis esinevad looduslikult tüüpilistes kütuseelementides, kasutades veepõhiseid juhtivaid materjale.
Kütuseelementide veekeskkonnas kasutatava disainilahenduse määramiseks pöördus Bell ja tema meeskond õhukese ionomeeri kihi poole, mis võimaldab teatud laetud molekulidel (ioonidel) läbi minna. Välistage muud ioonid. Oma väga valikuliste keemiliste omaduste tõttu sobivad need eriti tugeva mõjuga mikrokeskkonnale.
Bell Groupi järeldoktor Chanyeon Kim ja paberi esimene autor, kes katab vaskkatalüsaatorite pinna kahe tavalise ionomeeriga, Nafion ja Besinsion. Meeskond püstitas hüpoteesi, et see peaks muutma keskkonda katalüsaatori lähedal-sealhulgas pH ning vee ja süsinikdioksiidi koguse-mingil moel, et suunata reaktsiooni süsinikurikaste toodete tootmiseks, mida saab hõlpsasti muuta kasulikeks kemikaalideks. Tooted ja vedelad kütused.
Teadlased kandsid iga ionomeeri õhukese kihi ja kahe ionomeeri kahekihi vaskkilele, mida toetab kile moodustamiseks polümeermaterjal, mille nad saaksid sisestada käsitsi kujulise elektrokeemilise raku ühe otsa. Aku süsinikdioksiidi süstimisel ja pinge kandmisel mõõtsid nad aku kaudu voolavat koguvoolu. Seejärel mõõtsid nad reaktsiooni ajal külgnevas reservuaaris kogutud gaasi ja vedelikku. Kahekihilise juhtumi puhul leidsid nad, et süsinikurikkad tooted moodustasid reaktsiooni tarbitud energiast 80%-katmata juhtumil kõrgem kui 60%.
"See võileivakate pakub mõlemast maailmast parimat: kõrge toote selektiivsus ja kõrge aktiivsus," sõnas Bell. Topeltkihiline pind ei ole hea ainult süsinikurikkatele toodetele, vaid loob ka tugeva voolu samal ajal, mis näitab aktiivsuse suurenemist.
Teadlased jõudsid järeldusele, et täiustatud reageerimine oli katte kogunenud kõrge CO2 kontsentratsiooni tulemus, mis oli otse vase peal. Lisaks tekitavad kahe ionomeeri vahelise piirkonda kogunevad negatiivselt laetud molekulid madalama kohaliku happesuse. See kombinatsioon korvab kontsentratsiooni kompromissid, mis kipuvad esinema ionomeerifilmide puudumisel.
Reaktsiooni tõhususe edasiseks parandamiseks pöördusid teadlased varem tõestatud tehnoloogia poole, mis ei nõua ionomeerifilmi kui teist meetodit, et suurendada süsinikdioksiidi ja pH: impulsspinget. Rakendades topeltkihi ionomeerkattele impulsspinge, saavutasid teadlased süsinikurikaste toodete suurenemise 250% võrreldes katmata vase ja staatilise pingega.
Ehkki mõned teadlased keskenduvad oma töö uute katalüsaatorite väljatöötamisele, ei võta katalüsaatori avastamine arvesse töötingimusi. Keskkonna juhtimine katalüsaatori pinnal on uus ja erinev meetod.
"Me ei tulnud välja täiesti uue katalüsaatoriga, vaid kasutasime oma arusaama reaktsiooni kineetikast ja kasutasime neid teadmisi, et juhendada meid mõtlema, kuidas muuta katalüsaatori keskkonda," ütles vaneminsener Adam Weber. Berkeley Laboratoriesi energiatehnoloogia valdkonna teadlased ja paberite kaasautor.
Järgmine samm on laiendada kaetud katalüsaatorite tootmist. Berkeley labori meeskonna esialgsed katsed hõlmasid väikeseid lamedaid mudelisüsteeme, mis olid palju lihtsamad kui äriliste rakenduste jaoks vajalikud suure piirkonna poorsed struktuurid. "Kattekihti tasasel pinnal pole keeruline. Kuid kaubanduslikud meetodid võivad hõlmata pisikeste vaskpallede katmist," ütles Bell. Teise kattekihi lisamine muutub keerukaks. Üks võimalus on segada ja ladestuda kahte katted lahustisse ja loota, et lahusti aurustumisel eraldub need. Mis siis, kui nad seda ei tee? Bell järeldas: "Peame lihtsalt nutikamad olema." Vaadake Kim C, Bui JC, Luo X ja teised. Kohandatud katalüsaatori mikrokeskkond süsinikdioksiidi elektrotegemiseks mitme süsinikuga toodete jaoks, kasutades vase topeltkihilist ionomeeri katmist. NAT Energy. 2021; 6 (11): 1026-1034. doi: 10.1038/s41560-021-00920-8
See artikkel on reprodutseeritud järgmisest materjalist. MÄRKUS. Materjali võis olla redigeeritud pikkuse ja sisu osas. Lisateabe saamiseks pöörduge viidatud allika poole.
Postiaeg: 22. november 20121
