Пополнете го формуларот подолу и ние ќе ви ја испратиме PDF верзијата на „Нови технолошки подобрувања за претворање на јаглерод диоксид во течно гориво“ по е-пошта.
Јаглерод диоксидот (CO2) е производ на согорување на фосилни горива и најчестиот стакленички гас, кој може да се претвори назад во корисни горива на одржлив начин. Еден ветувачки начин за претворање на емисиите на CO2 во суровина за гориво е процес наречен електрохемиска редукција. Но, за да биде комерцијално одржлив, процесот треба да се подобри за да се изберат или да се произведуваат попосакувани производи богати со јаглерод. Сега, како што е објавено во списанието Nature Energy, Националната лабораторија Лоренс Беркли (Berkeley Lab) разви нов метод за подобрување на површината на бакарниот катализатор што се користи за помошната реакција, со што се зголемува селективноста на процесот.
„Иако знаеме дека бакарот е најдобриот катализатор за оваа реакција, тој не обезбедува висока селективност за посакуваниот производ“, рече Алексис, виш научник на Одделот за хемиски науки во лабораторијата Беркли и професор по хемиски инженеринг на Универзитетот во Калифорнија, Беркли. „Нашиот тим откри дека можете да ја користите локалната средина на катализаторот за да направите разни трикови за да обезбедите ваков вид селективност.“
Во претходните студии, истражувачите воспоставија прецизни услови за да обезбедат најдобра електрична и хемиска средина за создавање производи богати со јаглерод со комерцијална вредност. Но, овие услови се спротивни на условите што природно се јавуваат во типичните горивни ќелии што користат спроводливи материјали на база на вода.
За да го одредат дизајнот што може да се користи во водната средина на горивните ќелии, како дел од проектот „Центар за енергетски иновации“ на Алијансата за течно сонце на Министерството за енергетика, Бел и неговиот тим се свртеа кон тенок слој од јономер, кој им овозможува на одредени наелектризирани молекули (јони) да поминат низ него. Исклучете ги другите јони. Поради нивните високо селективни хемиски својства, тие се особено погодни за силно влијание врз микросредината.
Чанјон Ким, постдокторски истражувач во групата Бел и прв автор на трудот, предложил површината на бакарните катализатори да се премачка со два вообичаени јономери, Нафион и Сустаинион. Тимот поставил хипотеза дека тоа треба да ја промени околината во близина на катализаторот - вклучувајќи ја pH вредноста и количината на вода и јаглерод диоксид - на некој начин за да ја насочи реакцијата кон производство на производи богати со јаглерод кои лесно можат да се претворат во корисни хемикалии. Производи и течни горива.
Истражувачите нанеле тенок слој од секој јономер и двоен слој од два јономери на бакарен филм потпрен на полимерен материјал за да формираат филм, кој можеле да го вметнат близу едниот крај на рачно обликувана електрохемиска ќелија. При вбризгување на јаглерод диоксид во батеријата и примена на напон, тие ја мереле вкупната струја што тече низ батеријата. Потоа го мереле гасот и течноста собрани во соседниот резервоар за време на реакцијата. За двослојниот случај, тие откриле дека производите богати со јаглерод сочинуваат 80% од енергијата потрошена од реакцијата - повеќе од 60% во необложеното куќиште.
„Овој сендвич-премаз го нуди најдоброто од двата света: висока селективност на производот и висока активност“, рече Бел. Двослојната површина не е само добра за производи богати со јаглерод, туку истовремено генерира и силна струја, што укажува на зголемување на активноста.
Истражувачите заклучија дека подобрениот одговор е резултат на високата концентрација на CO2 акумулирана во облогата директно на врвот на бакарот. Покрај тоа, негативно наелектризираните молекули што се акумулираат во регионот помеѓу двата јономери ќе предизвикаат помала локална киселост. Оваа комбинација ги неутрализира компромисите во концентрацијата што имаат тенденција да се појават во отсуство на јономерни филмови.
Со цел дополнително да се подобри ефикасноста на реакцијата, истражувачите се свртеа кон претходно докажана технологија која не бара јономерен филм како друг метод за зголемување на CO2 и pH: пулсен напон. Со примена на пулсен напон на двослојниот јономерен слој, истражувачите постигнаа зголемување од 250% на производи богати со јаглерод во споредба со необложениот бакар и статичкиот напон.
Иако некои истражувачи ја фокусираат својата работа на развој на нови катализатори, откривањето на катализаторот не ги зема предвид условите за работа. Контролирањето на околината на површината на катализаторот е нов и различен метод.
„Не смисливме сосема нов катализатор, туку го искористивме нашето разбирање за кинетиката на реакциите и го искористивме ова знаење за да нè води во размислувањето како да ја промениме околината на локацијата на катализаторот“, рече Адам Вебер, виш инженер. Научник од областа на енергетската технологија во лабораториите „Беркли“ и коавтор на трудови.
Следниот чекор е проширување на производството на обложени катализатори. Прелиминарните експерименти на тимот од Беркли Лабораторијата вклучуваа мали рамни модели, кои беа многу поедноставни од порозните структури со голема површина потребни за комерцијални апликации. „Не е тешко да се нанесе облога на рамна површина. Но, комерцијалните методи може да вклучуваат обложување на мали бакарни топчиња“, рече Бел. Додавањето втор слој на облога станува предизвик. Една можност е да се измешаат и да се таложат двата облога заедно во растворувач и да се надеваме дека ќе се одвојат кога растворувачот ќе испари. Што ако не се одвојат? Бел заклучи: „Само треба да бидеме попаметни“. Погледнете ги Ким Ц, Буи ЈЦ, Луо Х и други. Прилагодена микросредина на катализатор за електро-редукција на CO2 до повеќејаглеродни производи со користење на двослоен јономерен слој на бакар. Nat Energy. 2021;6(11):1026-1034. doi:10.1038/s41560-021-00920-8
Оваа статија е репродуцирана од следниов материјал. Забелешка: Материјалот можеби е изменет поради должината и содржината. За повеќе информации, контактирајте го цитираниот извор.
Време на објавување: 22 ноември 2021 година
