Заполните форму ниже, и мы отправим вам по электронной почте версию PDF «Новые улучшения технологий для преобразования углекислого газа в жидкое топливо»
Углекислый газ (CO2) является продуктом сжигания ископаемого топлива и наиболее распространенного парникового газа, который может быть устойчивым обратным топливом. Одним из многообещающих способов преобразования выбросов CO2 в топливный сырье является процесс, который называется электрохимическим сокращением. Но чтобы быть коммерчески жизнеспособным, процесс необходимо улучшить, чтобы выбрать или производить более желаемые продукты, богатые углеродом. Теперь, как сообщалось в журнале Nature Energy, национальная лаборатория Лоуренса Беркли (Lab Berkeley) разработала новый метод для улучшения поверхности медного катализатора, используемого для вспомогательной реакции, тем самым повышая селективность процесса.
«Хотя мы знаем, что медь является лучшим катализатором этой реакции, она не обеспечивает высокой селективности для желаемого продукта», - сказал Алексис, старший научный сотрудник кафедры химических наук в Лаборатории Беркли и профессором химической инженерии в Калифорнийском университете в Беркли. Заклинание сказано. «Наша команда обнаружила, что вы можете использовать местную среду катализатора, чтобы сделать различные уловки, чтобы обеспечить такую селективность».
В предыдущих исследованиях исследователи установили точные условия, чтобы обеспечить лучшую электрическую и химическую среду для создания богатых углеродами продуктов с коммерческой ценностью. Но эти условия противоречат условиям, которые естественным образом возникают в типичных топливных элементах с использованием проводящих материалов на водной основе.
Чтобы определить дизайн, который можно использовать в среде воды топливных элементов, как часть проекта Центра энергетических инноваций Министерства жидкого солнечного альянса Министерства энергетики, Белл и его команда обратились к тонкому слою иономера, который позволяет проходить определенные заряженные молекулы (ионы). Исключить другие ионы. Из -за их высокоселективных химических свойств они особенно подходят для сильного влияния на микроокружение.
Chanyeon Kim, постдокторский исследователь в группе Bell и первый автор статьи, предложил покрыть поверхность медных катализаторов двумя общими иономерами, нафионом и поддержкой. Команда предположила, что это должно изменить окружающую среду вблизи катализатора, включая рН и количество воды и диоксида углерода,-в некотором смысле, чтобы направить реакцию на производство богатых углеродом продуктов, которые можно легко преобразовать в полезные химические вещества. Продукты и жидкое топливо.
Исследователи применили тонкий слой каждого иономера и двойной слой двух иономеров на медную пленку, поддерживаемую полимерным материалом, чтобы сформировать пленку, которую они могли бы вставить около одного конца электрохимической клетки в форме руки. При инъекции углекислого газа в аккумулятор и применение напряжения они измеряли общий ток, протекающий через аккумулятор. Затем они измерили газ и жидкость, собранные в соседнем резервуаре во время реакции. Для двухслойного случая они обнаружили, что продукты, богатые углеродом, составляют 80% энергии, потребляемой реакцией-выше 60% в случае с необроченным.
«Это сэндвич -покрытие обеспечивает лучшее из обоих миров: высокая селективность продукта и высокая активность», - сказал Белл. Двойная поверхность не только полезна для продуктов, богатых углеродом, но также генерирует сильный ток одновременно, что указывает на увеличение активности.
Исследователи пришли к выводу, что улучшенный ответ был результатом высокой концентрации CO2, накапливаемой в покрытии непосредственно поверх меди. Кроме того, отрицательно заряженные молекулы, которые накапливаются в области между двумя иономерами, будут вызывать более низкую локальную кислотность. Эта комбинация компенсирует компромиссы концентрации, которые имеют тенденцию происходить в отсутствие иономерных пленок.
Чтобы еще больше повысить эффективность реакции, исследователи обратились к ранее доказанной технологии, которая не требует иономерной пленки в качестве другого метода для увеличения CO2 и PH: импульсное напряжение. Применяя импульсное напряжение к двойному покрытию иономера, исследователи достигли увеличения продуктов, богатых углеродом, по сравнению с медной и статическим напряжением.
Хотя некоторые исследователи фокусируют свою работу на разработке новых катализаторов, открытие катализатора не учитывает условия работы. Контроль окружающей среды на поверхности катализатора - это новый и другой метод.
«Мы не придумали совершенно новый катализатор, но использовали наше понимание кинетики реакции и использовали эти знания, чтобы помочь нам подумать о том, как изменить окружающую среду сайта катализатора», - сказал Адам Вебер, старший инженер. Ученые в области энергетических технологий в Беркли Лаборатории и соавтор документов.
Следующим шагом является расширение производства катализаторов с покрытием. Предварительные эксперименты лаборатории Беркли Лаборатории включали небольшие плоские модельные системы, которые были намного проще, чем пористые структуры крупной области, необходимые для коммерческих применений. «Нетрудно применить покрытие на плоскую поверхность. Но коммерческие методы могут включать покрытие крошечных медных шариков», - сказал Белл. Добавление второго слоя покрытия становится сложным. Одна возможность состоит в том, чтобы смешать и отложить два покрытия вместе в растворителе и надеяться, что они отделяются, когда растворитель испаряется. Что, если они этого не делают? Белл пришел к выводу: «Мы просто должны быть умнее». Обратитесь к Ким С, Буй Дж.С., Луо Х и другим. Индивидуальная микроокружение катализатора для электроэнергии CO2 до многоуглеродных продуктов с использованием двухслойного иономерного покрытия на медь. Nat Energy. 2021; 6 (11): 1026-1034. doi: 10.1038/s41560-021-00920-8
Эта статья воспроизводится из следующего материала. Примечание. Материал мог быть отредактирован для длины и содержания. Для получения дополнительной информации, пожалуйста, свяжитесь с цитируемым источником.
Время сообщения: ноябрь-22-2021
