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 brulado de fosiliaj brulaĵoj kaj la plej ofta forceja gaso, kiu povas esti konvertita reen en utilajn brulaĵojn laŭ daŭripova maniero. Unu promesplena maniero konverti CO2-emisiojn en brulaĵan krudmaterialon estas procezo nomata elektrokemia redukto. Sed por esti komerce farebla, la procezo devas esti plibonigita por selekti aŭ produkti pli deziratajn karbonriĉajn produktojn. Nun, kiel raportite en la revuo Nature Energy, la Lawrence Berkeley National Laboratory (Berkeley Lab) evoluigis novan metodon por plibonigi la surfacon de la kupra katalizilo uzata por la helpa reakcio, tiel pliigante la selektivecon de la procezo.
“Kvankam ni scias, ke kupro estas la plej bona katalizilo por ĉi tiu reakcio, ĝi ne provizas altan selektivecon por la dezirata produkto,” diris Alexis, ĉefsciencisto en la Fako de Kemiaj Sciencoj ĉe la Berkeley Lab kaj profesoro pri kemia inĝenierarto ĉe la Universitato de Kalifornio, Berkeley. Spell diris. “Nia teamo trovis, ke oni povas uzi la lokan medion de la katalizilo por fari diversajn trukojn por provizi ĉi tiun specon de selektiveco.”
En antaŭaj studoj, esploristoj establis precizajn kondiĉojn por provizi la plej bonan elektran kaj kemian medion por krei karbonriĉajn produktojn kun komerca valoro. Sed ĉi tiuj kondiĉoj kontraŭas la kondiĉojn, kiuj nature okazas en tipaj fuelpiloj uzantaj akvobazitajn konduktivajn materialojn.
Por determini la dezajnon uzeblan en la akva medio de fuelpilaj aparatoj, kiel parto de la projekto Energy Innovation Center de la Liquid Sunshine Alliance de la Ministerio pri Energio, Bell kaj lia teamo turnis sin al maldika tavolo de jonomero, kiu permesas al certaj ŝarĝitaj molekuloj (jonoj) trapasi. Ekskludante aliajn jonojn. Pro siaj tre selektemaj kemiaj ecoj, ili estas aparte taŭgaj por havi fortan efikon sur la mikromedion.
Chanyeon Kim, postdoktora esploristo en la Bell-grupo kaj la unua aŭtoro de la artikolo, proponis kovri la surfacon de kupraj kataliziloj per du komunaj jonomeroj, Nafion kaj Sustainion. La teamo hipotezis, ke fari tion devus ŝanĝi la medion proksime al la katalizilo — inkluzive de la pH kaj la kvanto de akvo kaj karbondioksido — iel por direkti la reakcion por produkti karbonriĉajn produktojn, kiuj povas esti facile konvertitaj en utilajn kemiaĵojn. Produktoj kaj likvaj fueloj.
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 al unu fino de manforma elektrokemia ĉelo. Injektante karbondioksidon en la baterion kaj aplikante tension, ili mezuris la totalan kurenton fluantan tra la baterio. Poste ili mezuris la gason kaj likvaĵon kolektitajn en la apuda rezervujo dum la reakcio. Por la du-tavola kazo, ili trovis, ke karbonriĉaj produktoj respondecis pri 80% de la energio konsumita de la reakcio - pli ol 60% en la nekovrita kazo.
“Ĉi tiu sandviĉa tegaĵo provizas la plej bonan el ambaŭ mondoj: altan produktoselektivecon kaj altan aktivecon,” diris Bell. La duobla-tavola surfaco ne nur taŭgas por karbonriĉaj produktoj, sed ankaŭ samtempe generas fortan kurenton, 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. Ĉi tiu kombinaĵo kompensas la koncentriĝajn kompromisojn, kiuj emas okazi en la foresto de jonomeraj filmoj.
Por plu plibonigi la efikecon de la reakcio, la esploristoj turnis sin al antaŭe pruvita teknologio, kiu ne postulas jonomeran filmon, kiel alia metodo por pliigi CO2 kaj pH: pulsa tensio. Aplikante pulsan tension al la duobla-tavola jonomera tegaĵo, la esploristoj atingis 250%-an pliiĝon de karbonriĉaj produktoj kompare kun netegita kupro kaj statika tensio.
Kvankam iuj esploristoj fokusas sian laboron al la disvolviĝo de novaj kataliziloj, la malkovro de la katalizilo ne konsideras la 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 en pensado pri kiel ŝanĝi la medion de la katalizila loko,” diris Adam Weber, ĉefa inĝeniero. Sciencistoj en la kampo de energiteknologio ĉe Berkeley Laboratories kaj kunaŭtoro de artikoloj.
La sekva paŝo estas vastigi la produktadon de tegitaj kataliziloj. La preparaj eksperimentoj de la teamo de la Berkeley Lab 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 platan surfacon. Sed komercaj metodoj povas impliki tegaĵon de etaj kupraj globetoj," diris Bell. Aldoni duan tavolon de tegaĵo fariĝas defia. Unu ebleco estas miksi kaj deponi la du tegaĵojn kune en solvilo, kaj esperi, ke ili disiĝos kiam la solvilo vaporiĝos. Kio se ili ne disiĝos? Bell konkludis: "Ni nur bezonas esti pli inteligentaj." Vidu Kim C, Bui JC, Luo X kaj aliajn. Adaptita katalizila mikromedio por elektro-redukto de CO2 al plurkarbonaj produktoj uzante duoble-tavolan ionomeran tegaĵon sur kupro. Nat Energy. 2021;6(11):1026-1034. doi:10.1038/s41560-021-00920-8
Ĉi tiu artikolo estas reproduktita el la jena materialo. Noto: La materialo eble estis redaktita laŭ longo kaj enhavo. Por pliaj informoj, bonvolu kontakti la cititan fonton.
Afiŝtempo: 22-a de novembro 2021
