Vul die onderstaande vorm in en ons sal die PDF-weergawe van "Nuwe tegnologieverbeterings om koolstofdioksied in vloeibare brandstof om te skakel" vir jou per e-pos stuur.
Koolstofdioksied (CO2) is die produk van die verbranding van fossielbrandstowwe en die mees algemene kweekhuisgas, wat op 'n volhoubare wyse weer in bruikbare brandstowwe omgeskakel kan word. Een belowende manier om CO2-vrystellings in brandstofvoerstof om te skakel, is 'n proses genaamd elektrochemiese reduksie. Maar om kommersieel lewensvatbaar te wees, moet die proses verbeter word om meer gewenste koolstofryke produkte te selekteer of te produseer. Soos berig in die tydskrif Nature Energy, het die Lawrence Berkeley National Laboratory (Berkeley Lab) nou 'n nuwe metode ontwikkel om die oppervlak van die koperkatalisator wat vir die hulpreaksie gebruik word, te verbeter, waardeur die selektiwiteit van die proses verhoog word.
“Alhoewel ons weet dat koper die beste katalisator vir hierdie reaksie is, bied dit nie hoë selektiwiteit vir die verlangde produk nie,” het Alexis, 'n senior wetenskaplike in die Departement Chemiese Wetenskappe by die Berkeley Lab en 'n professor in chemiese ingenieurswese aan die Universiteit van Kalifornië, Berkeley, gesê. Spell het gesê: “Ons span het bevind dat jy die plaaslike omgewing van die katalisator kan gebruik om verskeie truuks te doen om hierdie soort selektiwiteit te bied.”
In vorige studies het navorsers presiese toestande vasgestel om die beste elektriese en chemiese omgewing te bied vir die skep van koolstofryke produkte met kommersiële waarde. Maar hierdie toestande is teenstrydig met die toestande wat natuurlik voorkom in tipiese brandstofselle wat watergebaseerde geleidende materiale gebruik.
Om die ontwerp te bepaal wat in die brandstofselwateromgewing gebruik kan word, het Bell en sy span, as deel van die Energie-innovasiesentrumprojek van die Ministerie van Energie se Liquid Sunshine Alliance, 'n dun lagie ionomeer gebruik, wat sekere gelaaide molekules (ione) toelaat om deur te gaan. Sluit ander ione uit. As gevolg van hul hoogs selektiewe chemiese eienskappe, is hulle veral geskik om 'n sterk impak op die mikro-omgewing te hê.
Chanyeon Kim, 'n postdoktorale navorser in die Bell-groep en die eerste outeur van die artikel, het voorgestel om die oppervlak van koperkatalisators met twee algemene ionomere, Nafion en Sustainion, te bedek. Die span het gehipotetiseer dat dit die omgewing naby die katalisator – insluitend die pH en die hoeveelheid water en koolstofdioksied – op een of ander manier moet verander om die reaksie te rig om koolstofryke produkte te produseer wat maklik in nuttige chemikalieë omgeskakel kan word. Produkte en vloeibare brandstowwe.
Die navorsers het 'n dun lagie van elke ionomeer en 'n dubbele laag van twee ionomere op 'n koperfilm, ondersteun deur 'n polimeermateriaal, aangewend om 'n film te vorm wat hulle naby die een punt van 'n handvormige elektrochemiese sel kon invoeg. Wanneer koolstofdioksied in die battery ingespuit en spanning toegepas is, het hulle die totale stroom wat deur die battery vloei, gemeet. Daarna het hulle die gas en vloeistof gemeet wat tydens die reaksie in die aangrensende reservoir versamel is. Vir die tweelaaggeval het hulle gevind dat koolstofryke produkte 80% van die energie wat deur die reaksie verbruik is, uitgemaak het – hoër as 60% in die onbedekte geval.
“Hierdie toebroodjie-laag bied die beste van beide wêrelde: hoë produkselektiwiteit en hoë aktiwiteit,” het Bell gesê. Die dubbellaag-oppervlak is nie net goed vir koolstofryke produkte nie, maar genereer ook terselfdertyd 'n sterk stroom, wat 'n toename in aktiwiteit aandui.
Die navorsers het tot die gevolgtrekking gekom dat die verbeterde reaksie die gevolg was van die hoë CO2-konsentrasie wat in die deklaag direk bo-op die koper opgehoop het. Boonop sal negatief gelaaide molekules wat in die gebied tussen die twee ionomere ophoop, laer plaaslike suurheid produseer. Hierdie kombinasie neutraliseer die konsentrasie-afruilings wat geneig is om te voorkom in die afwesigheid van ionomeerfilms.
Om die doeltreffendheid van die reaksie verder te verbeter, het die navorsers hulle gewend tot 'n voorheen bewese tegnologie wat nie 'n ionomeerfilm benodig nie, as 'n ander metode om CO2 en pH te verhoog: gepulseerde spanning. Deur gepulseerde spanning op die dubbellaag-ionomeerlaag toe te pas, het die navorsers 'n toename van 250% in koolstofryke produkte behaal in vergelyking met onbedekte koper en statiese spanning.
Alhoewel sommige navorsers hul werk fokus op die ontwikkeling van nuwe katalisators, neem die ontdekking van die katalisator nie die bedryfstoestande in ag nie. Die beheer van die omgewing op die katalisatoroppervlak is 'n nuwe en ander metode.
“Ons het nie met 'n heeltemal nuwe katalisator vorendag gekom nie, maar ons begrip van reaksiekinetika gebruik en hierdie kennis gebruik om ons te lei in die denke oor hoe om die omgewing van die katalisatorplek te verander,” het Adam Weber, 'n senior ingenieur, gesê. Wetenskaplikes op die gebied van energietegnologie by Berkeley Laboratories en medeskrywer van artikels.
Die volgende stap is om die produksie van bedekte katalisators uit te brei. Die Berkeley Lab-span se voorlopige eksperimente het klein plat modelstelsels behels, wat baie eenvoudiger was as die groot poreuse strukture wat vir kommersiële toepassings benodig word. "Dit is nie moeilik om 'n deklaag op 'n plat oppervlak aan te wend nie. Maar kommersiële metodes kan die bedekking van klein koperballetjies behels," het Bell gesê. Die byvoeging van 'n tweede laag deklaag word uitdagend. Een moontlikheid is om die twee bedekkings saam te meng en in 'n oplosmiddel te deponeer, en te hoop dat hulle skei wanneer die oplosmiddel verdamp. Wat as hulle dit nie doen nie? Bell het afgesluit: "Ons moet net slimmer wees." Verwys na Kim C, Bui JC, Luo X en ander. Aangepaste katalisator-mikroomgewing vir elektro-reduksie van CO2 tot multi-koolstofprodukte met behulp van dubbellaag-ionomeer-deklaag op koper. Nat Energy. 2021;6(11):1026-1034. doi:10.1038/s41560-021-00920-8
Hierdie artikel is gereproduseer uit die volgende materiaal. Let wel: Die materiaal is moontlik geredigeer vir lengte en inhoud. Vir meer inligting, kontak asseblief die aangehaalde bron.
Plasingstyd: 22 Nov 2021
