Füllen Sie das folgende Formular aus und wir senden Ihnen eine E -Mail an die PDF -Version von „Neuen Technologieverbesserungen zur Umwandlung von Kohlendioxid in flüssigen Kraftstoff“ “.
Kohlendioxid (CO2) ist das Produkt von brennenden fossilen Brennstoffen und dem häufigsten Treibhausgas, das auf nachhaltige Weise wieder in nützliche Kraftstoffe umgewandelt werden kann. Ein vielversprechender Weg, um die CO2 -Emissionen in Brennstoffausgang umzuwandeln, ist ein Prozess, der als elektrochemische Reduktion bezeichnet wird. Um wirtschaftlich lebensfähig zu sein, muss der Prozess verbessert werden, um die gewünschten kohlenstoffreichen Produkte auszuwählen oder zu produzieren. Wie in der Zeitschrift Nature Energy berichtet, hat Lawrence Berkeley National Laboratory (Berkeley Lab) nun eine neue Methode zur Verbesserung der Oberfläche des für die Hilfsreaktion verwendeten Kupferkatalysators entwickelt, wodurch die Selektivität des Prozesses erhöht wird.
„Obwohl wir wissen, dass Kupfer der beste Katalysator für diese Reaktion ist, bietet es keine hohe Selektivität für das gewünschte Produkt“, sagte Alexis, leitender Wissenschaftler am Department of Chemical Sciences am Berkeley Lab und Professor für Chemieingenieurwesen an der Universität von Kalifornien in Berkeley. Zauber sagte. "Unser Team stellte fest, dass Sie die lokale Umgebung des Katalysators nutzen können, um verschiedene Tricks auszuführen, um diese Art von Selektivität bereitzustellen."
In früheren Studien haben Forscher genaue Bedingungen festgelegt, um die beste elektrische und chemische Umgebung für die Schaffung von Kohlenstoffprodukten mit kommerziellem Wert zu schaffen. Diese Bedingungen widersprechen jedoch den Bedingungen, die natürlich in typischen Brennstoffzellen unter Verwendung von leitenden Materialien auf Wasserbasis auftreten.
Um das Design zu bestimmen, das in der Umgebung des Brennstoffzellenwassers als Teil des Projekts für das Energieinnovationszentrum des Liquid Sunshine Alliance des Energieministeriums eingesetzt werden kann, wandten sich Bell und sein Team in eine dünne Ionomerschicht zu, die es ermöglicht, durch bestimmte geladene Moleküle (Ionen) zu gelangen. Andere Ionen ausschließen. Aufgrund ihrer hochselektiven chemischen Eigenschaften eignen sie sich besonders für einen starken Einfluss auf die Mikroumgebung.
Chanyeon Kim, ein Postdoktorandforscher in der Bell -Gruppe und der Erste Autor des Papiers, schlug vor, die Oberfläche von Kupferkatalysatoren mit zwei gewöhnlichen Ionomeren zu beschichten, Nafion und Sustainion. Das Team stellte die Hypothese auf, dass dies die Umwelt in der Nähe des Katalysators verändern sollte-einschließlich des pH-Werts und der Menge an Wasser und Kohlendioxid-, um die Reaktion auf die Herstellung von Kohlenstoffprodukten zu lenken, die leicht in nützliche Chemikalien umgewandelt werden können. Produkte und flüssige Brennstoffe.
Die Forscher wendeten eine dünne Schicht jedes Ionomers und eine doppelte Schicht von zwei Ionomeren auf einen Kupferfilm, der von einem Polymermaterial gestützt wurde, um einen Film zu bilden, den sie in der Nähe eines Endes einer handförmigen elektrochemischen Zelle einfügen konnten. Bei der Injektion von Kohlendioxid in die Batterie und das Aufbringen der Spannung haben sie den Gesamtstrom gemessen, der durch die Batterie fließt. Dann haben sie das Gas und die Flüssigkeit gemessen, die während der Reaktion im benachbarten Reservoir gesammelt wurden. Für den zweischichtigen Fall stellten sie fest, dass carbonreiche Produkte 80% der durch die Reaktion verbrauchten Energie ausmachten-in dem unbeschichteten Fall hocher als 60%.
"Diese Sandwichbeschichtung bietet das Beste aus beiden Welten: hohe Produktselektivität und hohe Aktivität", sagte Bell. Die Doppelschichtoberfläche ist nicht nur gut für kohlenstoffreiche Produkte, sondern erzeugt auch gleichzeitig einen starken Strom, was auf eine Erhöhung der Aktivität hinweist.
Die Forscher kamen zu dem Schluss, dass die verbesserte Reaktion das Ergebnis der hohen CO2 -Konzentration war, die sich in der Beschichtung direkt auf dem Kupfer angesammelt hat. Zusätzlich werden negativ geladene Moleküle, die sich in der Region zwischen den beiden Ionomeren ansammeln, eine geringere lokale Säure erzeugen. Diese Kombination setzt die Konzentrationskompromente aus, die in Abwesenheit von Ionomerfilmen tendenziell auftreten.
Um die Effizienz der Reaktion weiter zu verbessern, wandten sich die Forscher einer zuvor bewährten Technologie zu, die keinen Ionomerfilm als eine andere Methode zur Erhöhung der CO2 und der Pulsspannung benötigt. Durch die Anwendung der gepulsten Spannung auf die Doppelschicht-Ionomerbeschichtung erreichten die Forscher im Vergleich zu unbeschichteten Kupfer- und statischen Spannung einen Anstieg der kohlenstoffreichen Produkte um 250%.
Obwohl einige Forscher ihre Arbeit auf die Entwicklung neuer Katalysatoren konzentrieren, berücksichtigt die Entdeckung des Katalysators die Betriebsbedingungen nicht. Die Kontrolle der Umgebung auf der Katalysatoroberfläche ist eine neue und andere Methode.
„Wir haben keinen völlig neuen Katalysator entwickelt, sondern unser Verständnis der Reaktionskinetik genutzt und dieses Wissen verwendet, um uns darüber nachzudenken, wie man die Umgebung des Katalysator -Standorts verändert“, sagte Adam Weber, Senior Engineer. Wissenschaftler auf dem Gebiet der Energietechnologie bei Berkeley Laboratories und Co-Autor der Papiere.
Der nächste Schritt besteht darin, die Produktion von beschichteten Katalysatoren zu erweitern. Die vorläufigen Experimente des Berkeley Lab Teams umfassten kleine Flachmodellsysteme, die viel einfacher waren als die für kommerziellen Anwendungen erforderlichen großartigen porösen Strukturen. "Es ist nicht schwierig, eine Beschichtung auf einer flachen Oberfläche aufzutragen. Gewerbliche Methoden können jedoch die Beschichtung winziger Kupferkugeln beinhalten", sagte Bell. Das Hinzufügen einer zweiten Beschichtungsschicht wird schwierig. Eine Möglichkeit besteht darin, die beiden Beschichtungen in einem Lösungsmittel zusammen zu mischen und abzulegen, und hoffen, dass sie sich trennen, wenn sich das Lösungsmittel verdunstet. Was ist, wenn sie es nicht tun? Bell kam zu dem Schluss: "Wir müssen nur schlauer sein." Siehe Kim C, Bui JC, Luo X und andere. Customisierte Katalysator-Mikroumgebung zur Elektrosusion von CO2 zu mehreren Kohlenstoffprodukten unter Verwendung einer Doppelschicht-Ionomerbeschichtung auf Kupfer. Nat Energie. 2021; 6 (11): 1026-1034. doi: 10.1038/s41560-021-00920-8
Dieser Artikel wird aus dem folgenden Material reproduziert. Hinweis: Das Material wurde möglicherweise für Länge und Inhalt bearbeitet. Für weitere Informationen wenden Sie sich bitte an die zitierte Quelle.
Postzeit: Nov.-22-2021
