Täytä alla oleva lomake ja lähetämme sinulle PDF -version "Uusista tekniikan parannuksista hiilidioksidin muuttamiseksi nestemäiseksi polttoaineeksi”
Hiilidioksidi (CO2) on fossiilisten polttoaineiden ja yleisin kasvihuonekaasu, joka voidaan muuttaa takaisin hyödyllisiksi polttoaineiksi kestävällä tavalla. Yksi lupaava tapa muuntaa hiilidioksidipäästöt polttoaineen raaka -aineeksi on prosessi, jota kutsutaan sähkökemialliseksi pelkistykseksi. Mutta ollakseen kaupallisesti kannattava, prosessia on parannettava halutumpien hiilirikkaiden tuotteiden valitsemiseksi tai tuottamiseksi. Nyt, kuten Nature Energy -lehdessä ilmoitettiin, Lawrence Berkeleyn kansallinen laboratorio (Berkeley Lab) on kehittänyt uuden menetelmän apureaktiossa käytetyn kuparikatalyytin pinnan parantamiseksi, mikä lisää prosessin selektiivisyyttä.
"Vaikka tiedämme, että Copper on paras katalysaattori tälle reaktiolle, se ei tarjoa korkeaa selektiivisyyttä halutulle tuotteelle", sanoi Alexis, Berkeley Labin kemian tieteen laitoksen vanhempi tutkija ja Kalifornian yliopiston Berkeleyn yliopiston kemiantekniikan professori. Loitsu sanoi. "Tiimimme havaitsi, että voit käyttää katalysaattorin paikallista ympäristöä tehdä erilaisia temppuja tällaisen selektiivisyyden tarjoamiseksi."
Aikaisemmissa tutkimuksissa tutkijat ovat luoneet tarkat olosuhteet tarjotakseen parhaan sähkö- ja kemiallisen ympäristön hiilirikkaiden tuotteiden luomiseksi kaupallisella arvolla. Mutta nämä olosuhteet ovat ristiriidassa olosuhteiden kanssa, joita luonnollisesti esiintyy tyypillisissä polttokennoissa vesipohjaisten johtavien materiaalien avulla.
Polttokennovesiympäristössä käytettävän suunnittelun määrittämiseksi osana energiaministeriön nestemäisen auringonpaisteen liittoa koskevan energiainnovaatiokeskuksen hanketta, Bell ja hänen tiiminsä kääntyivät ohuen ionomeerikerroksen, joka sallii tietyn varautuneen molekyylin (ionit) läpikäymisen. Sulje pois muut ionit. Erittäin selektiivisten kemiallisten ominaisuuksiensa vuoksi ne ovat erityisen sopivia vaikuttamaan voimakkaasti mikroympäristöön.
Chanyeon Kim, Bell -ryhmän tutkija ja paperin ensimmäinen kirjoittaja, ehdotti kuparikatalyyttien pinnan peittämistä kahdella tavallisella ionomeerillä, Nafion ja ylläpitäminen. Ryhmä oletti, että sen tekemisen tulisi muuttaa katalysaattorin lähellä olevaa ympäristöä-mukaan lukien pH ja veden ja hiilidioksidin määrä-jollain tavalla ohjata reaktio hiilirikkaiden tuotteiden tuottamiseksi, jotka voidaan helposti muuntaa hyödyllisiksi kemikaaleiksi. Tuotteet ja nestemäiset polttoaineet.
Tutkijat sovelsivat kunkin ionomeerin ohutta kerrosta ja kaksoiskerroksen kahdesta ionomeeristä kuparikalvoon, jota polymeerimateriaali tukee kalvon muodostamiseksi, jonka he voisivat työntää käsinmuotoisen sähkökemiallisen solun toisen pään lähellä. Kun injektoidaan hiilidioksidia akkuun ja levittämällä jännitettä, ne mittasivat akun läpi virtaavan kokonaisvirran. Sitten he mittasivat kaasun ja nesteen, joka oli kerätty viereisessä säiliössä reaktion aikana. Kaksikerroksisessa tapauksessa he havaitsivat, että hiilirikkaiden tuotteiden osuus oli 80% reaktion kuluttamasta energiasta-yli 60% päällystetyssä tapauksessa.
"Tämä voileipäpäällyste tarjoaa molempien maailmojen parhaat puolet: korkean tuotteen selektiivisyys ja korkea aktiviteetti", Bell sanoi. Kaksikerroksinen pinta ei ole hyvä vain hiilirikkaille tuotteille, vaan se tuottaa myös vahvan virran samanaikaisesti, mikä osoittaa aktiivisuuden lisääntymisen.
Tutkijat päättelivät, että parantunut vaste oli seurausta korkeasta hiilidioksidipitoisuudesta, joka kertyi pinnoitteeseen suoraan kuparin päälle. Lisäksi negatiivisesti varautuneet molekyylit, jotka kerääntyvät kahden ionomeerin väliselle alueelle, tuottavat pienemmän paikallisen happamuuden. Tämä yhdistelmä kompensoi pitoisuuden kompromissit, joita yleensä esiintyy ionomeerikalvojen puuttuessa.
Reaktion tehokkuuden parantamiseksi edelleen tutkijat kääntyivät aiemmin todistettuun tekniikkaan, joka ei vaadi ionomeerikalvoa toisena menetelmänä CO2: n ja pH: n: pulssijännitteen lisäämiseksi. Soveltamalla pulssijännitettä kaksikerroksiseen ionomeeripinnoitteeseen, tutkijat saavuttivat 250%: n lisääntymisen hiilirikkaissa tuotteissa verrattuna päällystämättömään kupariin ja staattiseen jännitteeseen.
Vaikka jotkut tutkijat keskittyvät työnsä uusien katalysaattorien kehittämiseen, katalysaattorin löytäminen ei ota huomioon käyttöolosuhteita. Ympäristön hallinta katalyytin pinnalla on uusi ja erilainen menetelmä.
"Emme keksineet täysin uutta katalysaattoria, vaan käytimme ymmärrystämme reaktiokinetiikasta ja käytimme tätä tietoa ohjaamaan meitä ajattelemaan, kuinka muuttaa katalysaattorisivuston ympäristöä", sanoi vanhempi insinööri Adam Weber. Berkeley Laboratoriesin energiateknologian tutkijat ja paperien yhteiskirjailija.
Seuraava vaihe on laajentaa päällystettyjen katalyyttien tuotantoa. Berkeley Lab -tiimin alustavissa kokeissa oli pieniä litteitä mallijärjestelmiä, jotka olivat paljon yksinkertaisempia kuin kaupallisiin sovelluksiin vaadittavat suuren alueen huokoiset rakenteet. "Pinnoitteen levittäminen tasaiselle pinnalle ei ole vaikeaa. Mutta kaupalliset menetelmät voivat sisältää pienten kuparipallojen päällystämistä", Bell sanoi. Toisen päällysteen lisääminen tulee haastavaksi. Yksi mahdollisuus on sekoittaa ja tallettaa kaksi pinnoittoa liuottimeen ja toivoa, että ne erottuvat, kun liuotin haihtuu. Entä jos he eivät? Bell päätteli: "Meidän on vain oltava älykkäämpiä." Katso Kim C, Bui JC, Luo X ja muut. Räätälöity katalyytin mikroympäristö CO2: n elektro-pelkistämiseksi monihiiliseen tuotteisiin käyttämällä kaksikerroksista ionomeeripinnoitetta kuparilla. Nat Energy. 2021; 6 (11): 1026-1034. doi: 10.1038/s41560-021-00920-8
Tämä artikkeli toistetaan seuraavasta materiaalista. Huomaa: Materiaalia on voitu muokata pituuden ja sisällön vuoksi. Lisätietoja saat ottamalla yhteyttä mainittuun lähteeseen.
Viestin aika: marraskuu-22-2021
