Ispunite obrazac u nastavku i poslat ćemo vam e-poštom PDF verziju "Poboljšanja nove tehnologije za pretvaranje ugljičnog dioksida u tekuće gorivo"
Ugljični dioksid (CO2) je proizvod izgaranja fosilnih goriva i najčešći staklenički plin, koji se može pretvoriti natrag u korisna goriva na održiv način. Jedan obećavajući način pretvaranja emisija CO2 u sirovinu za gorivo je proces koji se zove elektrokemijska redukcija. Ali da bi bio komercijalno održiv, proces treba poboljšati kako bi se odabrali ili proizveli željeniji proizvodi bogatiji ugljikom. Sada, kako je objavljeno u časopisu Nature Energy, Nacionalni laboratorij Lawrence Berkeley (Berkeley Lab) razvio je novu metodu za poboljšanje površine bakrenog katalizatora koji se koristi za pomoćnu reakciju, čime se povećava selektivnost procesa.
"Iako znamo da je bakar najbolji katalizator za ovu reakciju, on ne osigurava visoku selektivnost za željeni proizvod", rekao je Alexis, viši znanstvenik u Odjelu za kemijske znanosti u Berkeley Labu i profesor kemijskog inženjerstva na Sveučilištu u Kaliforniji, Berkeley. Čarolija je rekla. "Naš tim je otkrio da možete koristiti lokalno okruženje katalizatora za izvođenje raznih trikova za pružanje ove vrste selektivnosti."
U prethodnim studijama, istraživači su uspostavili precizne uvjete za pružanje najboljeg električnog i kemijskog okruženja za stvaranje proizvoda bogatih ugljikom s komercijalnom vrijednošću. Ali ti su uvjeti u suprotnosti s uvjetima koji se prirodno javljaju u tipičnim gorivim ćelijama koje koriste vodljive materijale na bazi vode.
Kako bi se odredio dizajn koji se može koristiti u vodenom okruženju gorivih ćelija, u sklopu projekta Energy Innovation Center Liquid Sunshine Alliance Ministarstva energetike, Bell i njegov tim okrenuli su se tankom sloju ionomera, koji omogućuje određene naelektrisane molekule (ione) kroz koje prolazi. Isključite druge ione. Zbog svojih visoko selektivnih kemijskih svojstava posebno su pogodni za snažan utjecaj na mikrookoliš.
Chanyeon Kim, postdoktorand u grupi Bell i prvi autor rada, predložio je da se površina bakrenih katalizatora presvuče s dva uobičajena ionomera, Nafion i Sustainion. Tim je pretpostavio da bi to trebalo promijeniti okoliš u blizini katalizatora—uključujući pH i količinu vode i ugljičnog dioksida—na neki način kako bi se reakcija usmjerila na proizvodnju proizvoda bogatih ugljikom koji se lako mogu pretvoriti u korisne kemikalije. Proizvodi i tekuća goriva.
Istraživači su nanijeli tanki sloj svakog ionomera i dvostruki sloj od dva ionomera na bakreni film poduprt polimernim materijalom kako bi formirali film, koji su mogli umetnuti blizu jednog kraja elektrokemijske ćelije u obliku ruke. Prilikom ubrizgavanja ugljičnog dioksida u bateriju i dovođenja napona izmjerili su ukupnu struju koja teče kroz bateriju. Zatim su izmjerili plin i tekućinu prikupljene u susjednom rezervoaru tijekom reakcije. Za dvoslojni slučaj, otkrili su da proizvodi bogati ugljikom čine 80% energije potrošene reakcijom - više od 60% u neobloženom slučaju.
"Ovaj sendvič premaz pruža najbolje od oba svijeta: visoku selektivnost proizvoda i visoku aktivnost", rekao je Bell. Dvoslojna površina ne samo da je dobra za proizvode bogate ugljikom, već također stvara jaku struju u isto vrijeme, što ukazuje na povećanje aktivnosti.
Istraživači su zaključili da je poboljšani odgovor rezultat visoke koncentracije CO2 nakupljenog u premazu izravno na vrhu bakra. Osim toga, negativno nabijene molekule koje se nakupljaju u području između dva ionomera proizvest će nižu lokalnu kiselost. Ova kombinacija nadoknađuje kompromise koncentracije koji se obično javljaju u nedostatku ionomernih filmova.
Kako bi dodatno poboljšali učinkovitost reakcije, istraživači su se okrenuli prethodno dokazanoj tehnologiji koja ne zahtijeva ionomerni film kao drugu metodu za povećanje CO2 i pH: pulsni napon. Primjenom pulsirajućeg napona na dvoslojnu ionomernu prevlaku, istraživači su postigli 250% povećanje proizvoda bogatih ugljikom u usporedbi s bakrom bez premaza i statičkim naponom.
Iako neki istraživači usmjeravaju svoj rad na razvoj novih katalizatora, otkriće katalizatora ne uzima u obzir radne uvjete. Kontrola okoliša na površini katalizatora je nova i drugačija metoda.
"Nismo osmislili potpuno novi katalizator, već smo upotrijebili svoje razumijevanje kinetike reakcije i iskoristili to znanje da nas vodi u razmišljanju o tome kako promijeniti okoliš mjesta katalizatora", rekao je Adam Weber, viši inženjer. Znanstvenik u području energetske tehnologije u Berkeley Laboratories i koautor radova.
Sljedeći korak je proširenje proizvodnje obloženih katalizatora. Preliminarni eksperimenti tima Berkeley Laba uključivali su male sustave ravnih modela, koji su bili puno jednostavniji od poroznih struktura velikih površina potrebnih za komercijalne primjene. “Nije teško nanijeti premaz na ravnu površinu. Ali komercijalne metode mogu uključivati oblaganje sićušnih bakrenih kuglica,” rekao je Bell. Dodavanje drugog sloja premaza postaje izazov. Jedna je mogućnost pomiješati i taložiti dva premaza zajedno u otapalo i nadati se da će se razdvojiti kada otapalo ispari. Što ako ne učine? Bell je zaključio: “Samo trebamo biti pametniji.” Pogledajte Kim C, Bui JC, Luo X i druge. Prilagođeno mikrookruženje katalizatora za elektroredukciju CO2 u proizvode s više ugljika korištenjem dvoslojne ionomerne prevlake na bakru. Nat Energy. 2021;6(11):1026-1034. doi:10.1038/s41560-021-00920-8
Ovaj je članak reproduciran iz sljedećeg materijala. Napomena: materijal je možda uređen zbog duljine i sadržaja. Za više informacija obratite se navedenom izvoru.
Vrijeme objave: 22. studenog 2021
