Plenigu la suban formularon kaj ni retpoŝtos al vi la PDF-version de "Novaj teknologiaj plibonigoj por konverti karbondioksidon en likvan fuelon"
Karbondioksido (CO2) estas la produkto de bruligado de fosiliaj fueloj kaj la plej ofta forcej-efika gaso, kiuj povas esti konvertitaj reen en utilajn fuelojn en daŭrigebla maniero. Unu promesplena maniero konverti CO2-emisiojn en fuelmaterialon estas procezo nomata elektrokemia redukto. Sed por esti komerce realigebla, la procezo devas esti plibonigita por elekti aŭ produkti pli deziratajn karbon-riĉajn produktojn. Nun, kiel raportite en la revuo Nature Energy, Lawrence Berkeley National Laboratory (Berkeley Lab) evoluigis novan metodon por plibonigi la surfacon de la kupra katalizilo uzata por la helpa reago, tiel pliigante la selektivecon de la procezo.
"Kvankam ni scias, ke kupro estas la plej bona katalizilo por ĉi tiu reago, ĝi ne provizas altan selektivecon por la dezirata produkto," diris Alexis, altranga sciencisto en la Sekcio de Kemiaj Sciencoj ĉe Berkeley Lab kaj profesoro pri kemia inĝenierado ĉe la Universitato. de Kalifornio, Berkeley. Sorĉo diris. "Nia teamo trovis, ke vi povas uzi la lokan medion de la katalizilo por fari diversajn lertaĵojn por provizi tian selektemon."
En antaŭaj studoj, esploristoj establis precizajn kondiĉojn por provizi la plej bonan elektran kaj kemian medion por krei karbon-riĉajn produktojn kun komerca valoro. Sed ĉi tiuj kondiĉoj estas kontraŭaj al la kondiĉoj kiuj nature okazas en tipaj fuelpiloj uzantaj akvo-bazitajn konduktajn materialojn.
Por determini la dezajnon, kiu povas esti uzata en la akva medio de fuelpilo, kadre de la projekto de Energy Innovation Center de Liquid Sunshine Alliance de la Ministerio de Energio, Bell kaj lia teamo turnis sin al maldika tavolo de jonomero, kiu permesas iujn ŝargitajn. molekuloj (jonoj) por trapasi. Ekskludu aliajn jonojn. Pro siaj tre selektemaj kemiaj trajtoj, ili estas precipe taŭgaj por havi fortan efikon al la mikromedio.
Chanyeon Kim, postdoktoriĝa esploristo en la Bell-grupo kaj la unua verkinto de la papero, proponis kovri la surfacon de kupraj kataliziloj per du oftaj jonomeroj, Nafion kaj Sustainion. La teamo hipotezis, ke fari tion devus ŝanĝi la medion proksime de la katalizilo - inkluzive de la pH kaj la kvanto de akvo kaj karbondioksido - iel direkti la reagon por produkti karbon-riĉajn produktojn kiuj povas esti facile konvertitaj en utilajn kemiaĵojn. Produktoj kaj likvaj brulaĵoj.
La esploristoj aplikis maldikan tavolon de ĉiu jonomero kaj duoblan tavolon de du jonomeroj al kupra filmo subtenata de polimera materialo por formi filmon, kiun ili povis enmeti proksime de unu fino de manforma elektrokemia ĉelo. Kiam ili injektis karbondioksidon en la kuirilaron kaj aplikis tension, ili mezuris la totalan kurenton fluantan tra la kuirilaro. Tiam ili mezuris la gason kaj likvaĵon kolektitajn en la apuda rezervujo dum la reago. Por la dutavola kazo, ili trovis, ke karbon-riĉaj produktoj konsistigis 80% de la energio konsumita de la reago - pli alta ol 60% en la netegita kazo.
"Ĉi tiu sandviĉa tegaĵo provizas la plej bonan el ambaŭ mondoj: alta produkta selektiveco kaj alta agado," diris Bell. La duobla tavola surfaco ne nur estas bona por karbon-riĉaj produktoj, sed ankaŭ generas fortan fluon samtempe, indikante pliiĝon de aktiveco.
La esploristoj konkludis, ke la plibonigita respondo estis la rezulto de la alta CO2 koncentriĝo akumulita en la tegaĵo rekte sur la kupro. Krome, negative ŝargitaj molekuloj kiuj akumuliĝas en la regiono inter la du jonomeroj produktos pli malaltan lokan acidecon. Tiu kombinaĵo kompensas la koncentriĝkomercojn kiuj tendencas okazi en la foresto de jonomerfilmoj.
Por plu plibonigi la efikecon de la reago, la esploristoj turnis sin al antaŭe pruvita teknologio, kiu ne postulas jonomerfilmon kiel alian metodon por pliigi CO2 kaj pH: pulsita tensio. Aplikante pulsan tension al la duobla tavola jonomera tegaĵo, la esploristoj atingis 250% pliiĝon en karbon-riĉaj produktoj kompare kun netegita kupro kaj statika tensio.
Kvankam iuj esploristoj enfokusigas sian laboron sur la disvolviĝo de novaj kataliziloj, la malkovro de la katalizilo ne konsideras funkciajn kondiĉojn. Kontroli la medion sur la katalizila surfaco estas nova kaj malsama metodo.
"Ni ne elpensis tute novan katalizilon, sed uzis nian komprenon pri reakcia kinetiko kaj uzis ĉi tiun scion por gvidi nin por pensi pri kiel ŝanĝi la medion de la katalizilo," diris Adam Weber, altranga inĝeniero. Sciencistoj en la kampo de energia teknologio ĉe Berkeley Laboratories kaj kunaŭtoro de artikoloj.
La sekva paŝo estas vastigi la produktadon de kovritaj kataliziloj. La preparaj eksperimentoj de la Berkeley Lab-teamo implikis malgrandajn platajn modelsistemojn, kiuj estis multe pli simplaj ol la grand-areaj poraj strukturoj necesaj por komercaj aplikoj. "Ne estas malfacile apliki tegaĵon sur plata surfaco. Sed komercaj metodoj povas impliki kovri etajn kuprajn pilkojn, "diris Bell. Aldoni duan tavolon de tegaĵo fariĝas malfacila. Unu ebleco estas miksi kaj deponi la du tegaĵojn kune en solvilo, kaj esperi ke ili apartiĝas kiam la solvilo vaporiĝas. Kio se ili ne? Bell finis: "Ni nur bezonas esti pli inteligentaj." Vidu al Kim C, Bui JC, Luo X kaj aliaj. Agordita katalizila mikromedio por elektro-redukto de CO2 al multkarbonaj produktoj uzante duoble-tavolan jonomer-tegaĵon sur kupro. Nat Energio. 2021;6(11):1026-1034. doi:10.1038/s41560-021-00920-8
Ĉi tiu artikolo estas reproduktita el la sekva materialo. Noto: La materialo eble estis redaktita pro longeco kaj enhavo. Por pliaj informoj, bonvolu kontakti la cititan fonton.
Afiŝtempo: Nov-22-2021
