Vul het onderstaande formulier in en we zullen u de PDF -versie van "nieuwe technologieverbeteringen e -mailen om koolstofdioxide om te zetten in vloeibare brandstof"
Koolstofdioxide (CO2) is het product van brandende fossiele brandstoffen en het meest voorkomende broeikasgas, dat op een duurzame manier kan worden omgezet in nuttige brandstoffen. Een veelbelovende manier om CO2 -emissies om te zetten in brandstofinvoer is een proces dat elektrochemische reductie wordt genoemd. Maar om commercieel levensvatbaar te zijn, moet het proces worden verbeterd om meer gewenste koolstofrijke producten te selecteren of te produceren. Nu, zoals gerapporteerd in het tijdschrift Nature Energy, heeft Lawrence Berkeley National Laboratory (Berkeley Lab) een nieuwe methode ontwikkeld om het oppervlak van de koperen katalysator te verbeteren die wordt gebruikt voor de hulpreactie, waardoor de selectiviteit van het proces wordt vergroot.
"Hoewel we weten dat koper de beste katalysator is voor deze reactie, biedt het geen hoge selectiviteit voor het gewenste product," zei Alexis, een senior wetenschapper bij de afdeling Chemical Sciences bij Berkeley Lab en een professor in chemische engineering aan de Universiteit van Californië, Berkeley. Zei spell. "Ons team ontdekte dat u de lokale omgeving van de katalysator kunt gebruiken om verschillende trucs te doen om dit soort selectiviteit te bieden."
In eerdere studies hebben onderzoekers precieze omstandigheden vastgesteld om de beste elektrische en chemische omgeving te bieden voor het creëren van koolstofrijke producten met commerciële waarde. Maar deze omstandigheden zijn in strijd met de omstandigheden die van nature optreden in typische brandstofcellen met behulp van op water gebaseerde geleidende materialen.
Om het ontwerp te bepalen dat kan worden gebruikt in de brandstofcelwateromgeving, als onderdeel van het Project Energy Innovation Center van de Liquid Sunshine Alliance van het ministerie van Energie, wendden Bell en zijn team zich tot een dunne laag ionomeer, waardoor bepaalde geladen moleculen (ionen) kunnen passeren. Andere ionen uitsluiten. Vanwege hun zeer selectieve chemische eigenschappen zijn ze met name geschikt voor een sterke impact op de micro -omgeving.
Chanyeon Kim, een postdoctorale onderzoeker in de Bell Group en de eerste auteur van het artikel, stelde voor het oppervlak van koperen katalysatoren te coaten met twee gemeenschappelijke ionomeren, nafion en sustainie. Het team veronderstelde dat dit de omgeving in de buurt van de katalysator zou moeten veranderen-inclusief de pH en de hoeveelheid water en koolstofdioxide-op een manier om de reactie te sturen om koolstofrijke producten te produceren die gemakkelijk kunnen worden omgezet in nuttige chemicaliën. Producten en vloeibare brandstoffen.
De onderzoekers paste een dunne laag van elk ionomeer en een dubbele laag van twee ionomeren toe op een koperen film ondersteund door een polymeermateriaal om een film te vormen, die ze konden invoegen aan het ene uiteinde van een handvormige elektrochemische cel. Bij het injecteren van koolstofdioxide in de batterij en het aanbrengen van spanning, hebben ze de totale stroom gemeten die door de batterij stroomde. Vervolgens maten ze het gas en de vloeistof verzameld in het aangrenzende reservoir tijdens de reactie. Voor het tweelaagse geval ontdekten ze dat koolstofrijke producten goed waren voor 80% van de energie die door de reactie werd verbruikt-hoger dan 60% in het niet-gecoate geval.
"Deze sandwichcoating biedt het beste van twee werelden: hoge productselectiviteit en hoge activiteit," zei Bell. Het oppervlak met dubbele laag is niet alleen goed voor koolstofrijke producten, maar genereert ook tegelijkertijd een sterke stroom, wat wijst op een toename van de activiteit.
De onderzoekers concludeerden dat de verbeterde respons het resultaat was van de hoge CO2 -concentratie die zich in de coating direct bovenop het koper had verzameld. Bovendien zullen negatief geladen moleculen die zich ophopen in het gebied tussen de twee ionomeren een lagere lokale zuurgraad produceren. Deze combinatie compenseert de afwegingen van de concentratie die de neiging hebben zich voor te doen in afwezigheid van ionomeerfilms.
Om de efficiëntie van de reactie verder te verbeteren, wendden de onderzoekers zich tot een eerder bewezen technologie die geen ionomeerfilm vereist als een andere methode om CO2 en pH te verhogen: gepulseerde spanning. Door gepulseerde spanning toe te passen op de dubbele laag ionomeercoating, bereikten de onderzoekers een toename van koolstofrijke producten met 250% in vergelijking met niet-gecoate koper- en statische spanning.
Hoewel sommige onderzoekers hun werk richten op de ontwikkeling van nieuwe katalysatoren, houdt de ontdekking van de katalysator geen rekening met de bedrijfsomstandigheden. Het regelen van de omgeving op het katalysatoroppervlak is een nieuwe en andere methode.
"We hebben geen volledig nieuwe katalysator bedacht, maar gebruikten ons begrip van reactiekinetiek en gebruikten deze kennis om ons te begeleiden bij het nadenken over hoe we de omgeving van de katalysatorsite kunnen veranderen," zei Adam Weber, een senior ingenieur. Wetenschappers op het gebied van energietechnologie bij Berkeley Laboratories en co-auteur van artikelen.
De volgende stap is het uitbreiden van de productie van gecoate katalysatoren. De voorlopige experimenten van het Berkeley Lab-team waren betrekking op kleine platte modelsystemen, die veel eenvoudiger waren dan de poreuze structuren met grote delen die nodig zijn voor commerciële toepassingen. "Het is niet moeilijk om een coating op een plat oppervlak aan te brengen. Maar commerciële methoden kunnen kleine koperen ballen inhouden," zei Bell. Het toevoegen van een tweede laag coating wordt een uitdaging. Een mogelijkheid is om de twee coatings samen te voegen en te deponeren in een oplosmiddel, en hopen dat ze scheiden wanneer het oplosmiddel verdampt. Wat als ze dat niet doen? Bell concludeerde: "We moeten gewoon slimmer zijn." Raadpleeg Kim C, Bui JC, Luo X en anderen. Aangepaste katalysator micro-omgeving voor elektro-reductie van CO2 tot multi-koolstofproducten met behulp van dubbele laag ionomeercoating op koper. Nat Energy. 2021; 6 (11): 1026-1034. doi: 10.1038/s41560-021-00920-8
Dit artikel wordt gereproduceerd uit het volgende materiaal. Opmerking: het materiaal kan zijn bewerkt voor lengte en inhoud. Neem voor meer informatie contact op met de geciteerde bron.
Posttijd: nov-22-2021
