Fyll ut skjemaet nedenfor, så sender vi deg PDF -versjonen av "Nye teknologiforbedringer for å konvertere karbondioksid til flytende drivstoff"
Karbondioksid (CO2) er et produkt av forbrenning av fossilt brensel og den vanligste klimagassen, som kan omdannes tilbake til nyttige drivstoff på en bærekraftig måte. En lovende måte å konvertere CO2 -utslipp til drivstoff med drivstoff er en prosess som kalles elektrokjemisk reduksjon. Men for å være kommersielt levedyktig, må prosessen forbedres for å velge eller produsere mer ønsket karbonrike produkter. Nå, som rapportert i tidsskriftet Nature Energy, har Lawrence Berkeley National Laboratory (Berkeley Lab) utviklet en ny metode for å forbedre overflaten til kobberkatalysatoren som ble brukt til hjelpreaksjonen, og dermed øke selektiviteten til prosessen.
"Selv om vi vet at kobber er den beste katalysatoren for denne reaksjonen, gir den ikke høy selektivitet for ønsket produkt," sa Alexis, seniorforsker ved Institutt for kjemiske vitenskaper ved Berkeley Lab og professor i kjemiteknikk ved University of California, Berkeley. Stave sa. "Vårt team fant ut at du kan bruke lokalmiljøet i katalysatoren til å gjøre forskjellige triks for å gi denne typen selektivitet."
I tidligere studier har forskere etablert presise forhold for å gi det beste elektriske og kjemiske miljøet for å lage karbonrike produkter med kommersiell verdi. Men disse forholdene er i strid med forholdene som naturlig forekommer i typiske brenselceller ved bruk av vannbaserte ledende materialer.
For å bestemme utformingen som kan brukes i drivstoffcellevannsmiljøet, som en del av Energy Innovation Center -prosjektet til Ministry of Energy's Liquid Sunshine Alliance, vendte Bell og teamet hans til et tynt lag iionomer, som lar visse ladede molekyler (ioner) passere gjennom. Ekskludere andre ioner. På grunn av deres svært selektive kjemiske egenskaper, er de spesielt egnet for å ha sterk innvirkning på mikro -miljøet.
Chanyeon Kim, en postdoktorisk forsker i Bell Group og den første forfatteren av papiret, foreslo å belegge overflaten av kobberkatalysatorer med to vanlige ionomerer, Nafion og Sustainion. Teamet antok at å gjøre det skulle endre miljøet i nærheten av katalysatoren-inkludert pH og mengden vann og karbondioksid-på noen måte å rette reaksjonen for å produsere karbonrike produkter som enkelt kan omdannes til nyttige kjemikalier. Produkter og flytende drivstoff.
Forskerne anvendte et tynt lag av hver ionomer og et dobbeltlag med to ionomerer til en kobberfilm støttet av et polymermateriale for å danne en film, som de kunne sette inn nær den ene enden av en håndformet elektrokjemisk celle. Når de injiserer karbondioksid i batteriet og påfører spenning, målte de den totale strømmen som strømmer gjennom batteriet. Deretter målte de gassen og væsken samlet i det tilstøtende reservoaret under reaksjonen. For to-lags saken fant de ut at karbonrike produkter utgjorde 80% av energien som ble konsumert av reaksjonen-høyere enn 60% i det ikke-belagte saken.
"Dette sandwichbelegget gir det beste fra begge verdener: selektivitet og høy aktivitet med høy produkt," sa Bell. Dobbeltlagsoverflaten er ikke bare bra for karbonrike produkter, men genererer også en sterk strøm samtidig, noe som indikerer en økning i aktiviteten.
Forskerne konkluderte med at den forbedrede responsen var et resultat av den høye CO2 -konsentrasjonen akkumulert i belegget direkte på toppen av kobberet. I tillegg vil negativt ladede molekyler som akkumuleres i regionen mellom de to ionomerer produsere lavere lokal surhet. Denne kombinasjonen utligner konsentrasjonsavveiningene som har en tendens til å oppstå i fravær av ionomerfilmer.
For å forbedre reaksjonens effektivitet ytterligere, vendte forskerne seg til en tidligere bevist teknologi som ikke krever en ionomerfilm som en annen metode for å øke CO2 og PH: pulserende spenning. Ved å påføre pulserende spenning på dobbeltlags-iionomerbelegget, oppnådde forskerne en økning på 250% i karbonrike produkter sammenlignet med ikke-belagt kobber og statisk spenning.
Selv om noen forskere fokuserer arbeidet sitt på utviklingen av nye katalysatorer, tar ikke oppdagelsen av katalysatoren hensyn til driftsforhold. Å kontrollere miljøet på katalysatoroverflaten er en ny og annen metode.
"Vi kom ikke med en helt ny katalysator, men brukte vår forståelse av reaksjonskinetikk og brukte denne kunnskapen for å veilede oss i å tenke på hvordan vi kan endre miljøet på katalysatorstedet," sa Adam Weber, senioringeniør. Forskere innen energiteknologi ved Berkeley Laboratories og medforfatter av papirer.
Neste trinn er å utvide produksjonen av belagte katalysatorer. Berkeley Lab-teamets foreløpige eksperimenter involverte små flatmodellsystemer, som var mye enklere enn de porøse strukturene i stor område som kreves for kommersielle applikasjoner. "Det er ikke vanskelig å påføre et belegg på en flat overflate. Men kommersielle metoder kan innebære å belegge bittesmå kobberkuler," sa Bell. Å legge et andre lag med belegg blir utfordrende. En mulighet er å blande og avsette de to beleggene sammen i et løsningsmiddel, og håper at de skiller seg når løsningsmidlet fordamper. Hva om de ikke gjør det? Bell konkluderte: "Vi trenger bare å være smartere." Se Kim C, Bui JC, Luo X og andre. Tilpasset katalysatormikro-miljø for elektroreduksjon av CO2 til multi-karbonprodukter ved bruk av dobbeltlags iionomerbelegg på kobber. Nat Energy. 2021; 6 (11): 1026-1034. doi: 10.1038/s41560-021-00920-8
Denne artikkelen er gjengitt fra følgende materiale. Merk: Materialet kan ha blitt redigert for lengde og innhold. For mer informasjon, vennligst kontakt den siterte kilden.
Post Time: Nov-22-2021
