Aizpildiet zemāk esošo veidlapu, un mēs jums pa e-pastu nosūtīsim PDF versiju “Jauni tehnoloģiju uzlabojumi oglekļa dioksīda pārvēršanai šķidrā degvielā”
Oglekļa dioksīds (CO2) ir fosilā kurināmā un visizplatītākās siltumnīcefekta gāzu sadedzināšanas produkts, ko ilgtspējīgā veidā var pārvērst atpakaļ derīgā kurināmā. Viens daudzsološs veids, kā pārvērst CO2 emisijas degvielas izejvielās, ir process, ko sauc par elektroķīmisko reducēšanu. Taču, lai process būtu komerciāli dzīvotspējīgs, tas ir jāuzlabo, lai atlasītu vai ražotu vēlamākus ar oglekli bagātus produktus. Tagad, kā ziņots žurnālā Nature Energy, Lawrence Berkeley National Laboratory (Berkeley Lab) ir izstrādājusi jaunu metodi, lai uzlabotu palīgreakcijā izmantotā vara katalizatora virsmu, tādējādi palielinot procesa selektivitāti.
"Lai gan mēs zinām, ka varš ir labākais katalizators šai reakcijai, tas nenodrošina augstu selektivitāti vēlamajam produktam," sacīja Aleksis, Bērklija laboratorijas Ķīmijas zinātņu katedras vecākais zinātnieks un universitātes ķīmijas inženierijas profesors. Kalifornijā, Bērklijā. Spell teica. "Mūsu komanda atklāja, ka varat izmantot katalizatora vietējo vidi, lai veiktu dažādus trikus, lai nodrošinātu šāda veida selektivitāti."
Iepriekšējos pētījumos pētnieki ir izveidojuši precīzus nosacījumus, lai nodrošinātu vislabāko elektrisko un ķīmisko vidi, lai radītu ar oglekli bagātus produktus ar komerciālu vērtību. Taču šie apstākļi ir pretrunā ar apstākļiem, kas dabiski rodas tipiskos kurināmā elementos, kuros izmanto vadošus materiālus uz ūdens bāzes.
Lai noteiktu konstrukciju, ko var izmantot kurināmā elementu ūdens vidē, Enerģētikas ministrijas Liquid Sunshine Alliance Enerģētikas inovāciju centra projekta ietvaros Bels un viņa komanda pievērsās plānam jonomēra slānim, kas pieļauj noteiktus uzlādētus molekulas (joni), kurām jāiziet cauri. Izslēdziet citus jonus. Pateicoties ļoti selektīvajām ķīmiskajām īpašībām, tie ir īpaši piemēroti spēcīgai ietekmei uz mikrovidi.
Chanyeon Kim, pēcdoktorantūras pētnieks Bell grupā un pirmais raksta autors, ierosināja vara katalizatoru virsmu pārklāt ar diviem kopīgiem jonomēriem - Nafion un Sustainion. Komanda izvirzīja hipotēzi, ka, to darot, kaut kādā veidā jāmaina vide katalizatora tuvumā, tostarp pH un ūdens un oglekļa dioksīda daudzums, lai virzītu reakciju uz oglekli saturošiem produktiem, kurus var viegli pārvērst noderīgās ķīmiskās vielās. Produkti un šķidrā degviela.
Pētnieki uzklāja plānu katra jonomēra slāni un divu jonomēru dubultu slāni vara plēvei, ko atbalstīja polimērmateriāls, lai izveidotu plēvi, kuru viņi varētu ievietot pie rokas formas elektroķīmiskās šūnas viena gala. Ievadot oglekļa dioksīdu akumulatorā un pieliekot spriegumu, viņi mērīja kopējo strāvu, kas plūst caur akumulatoru. Pēc tam viņi izmēra gāzi un šķidrumu, kas reakcijas laikā savākti blakus esošajā rezervuārā. Divu slāņu gadījumā viņi atklāja, ka ar oglekli bagāti produkti veido 80% no reakcijas patērētās enerģijas — vairāk nekā 60% nepārklātā korpusā.
"Šis sviestmaižu pārklājums nodrošina labāko no abām pasaulēm: augstu produktu selektivitāti un augstu aktivitāti," sacīja Bels. Divslāņu virsma ir ne tikai laba ar oglekli bagātiem produktiem, bet arī vienlaikus rada spēcīgu strāvu, kas liecina par aktivitātes pieaugumu.
Pētnieki secināja, ka uzlaboto reakciju izraisīja augsta CO2 koncentrācija, kas uzkrāta pārklājumā tieši uz vara. Turklāt negatīvi lādētas molekulas, kas uzkrājas reģionā starp diviem jonomēriem, radīs zemāku vietējo skābumu. Šī kombinācija kompensē koncentrācijas kompromisus, kas mēdz rasties, ja nav jonomēru plēvju.
Lai vēl vairāk uzlabotu reakcijas efektivitāti, pētnieki pievērsās iepriekš pārbaudītai tehnoloģijai, kurai nav nepieciešama jonomēra plēve kā cita metode CO2 un pH palielināšanai: impulsa spriegums. Divslāņu jonomēra pārklājumam pielietojot impulsa spriegumu, pētnieki panāca 250% pieaugumu ar oglekli bagātā produktos salīdzinājumā ar nepārklātu varu un statisko spriegumu.
Lai gan daži pētnieki savu darbu koncentrējas uz jaunu katalizatoru izstrādi, katalizatora atklāšanā netiek ņemti vērā darbības apstākļi. Vides kontrole uz katalizatora virsmas ir jauna un atšķirīga metode.
"Mēs neizdomājām pilnīgi jaunu katalizatoru, bet izmantojām savu izpratni par reakcijas kinētiku un izmantojām šīs zināšanas, lai palīdzētu mums domāt par to, kā mainīt katalizatora vietas vidi," sacīja Ādams Vēbers, vecākais inženieris. Zinātnieki enerģijas tehnoloģiju jomā Berkeley Laboratories un rakstu līdzautors.
Nākamais solis ir pārklāto katalizatoru ražošanas paplašināšana. Berkeley Lab komandas sākotnējie eksperimenti ietvēra mazas plakanas modeļu sistēmas, kas bija daudz vienkāršākas nekā liela laukuma porainās struktūras, kas nepieciešamas komerciāliem lietojumiem. “Uz līdzenas virsmas uzklāt pārklājumu nav grūti. Bet komerciālās metodes var ietvert sīku vara lodīšu pārklāšanu, ”sacīja Bells. Otrā pārklājuma slāņa pievienošana kļūst sarežģīta. Viena iespēja ir abus pārklājumus sajaukt un nogulsnēt kopā šķīdinātājā un cerēt, ka tie atdalīsies, kad šķīdinātājs iztvaiko. Ko darīt, ja viņi to nedara? Bells secināja: "Mums vienkārši jābūt gudrākiem." Skatiet Kim C, Bui JC, Luo X un citus. Pielāgota katalizatora mikrovide CO2 elektroreducēšanai līdz daudzoglekļa produktiem, izmantojot divslāņu jonomēru pārklājumu uz vara. Nat enerģija. 2021;6(11):1026-1034. doi:10.1038/s41560-021-00920-8
Šis raksts ir reproducēts no tālāk norādītā materiāla. Piezīme. Materiāls var būt rediģēts garuma un satura ziņā. Lai iegūtu vairāk informācijas, lūdzu, sazinieties ar norādīto avotu.
Izlikšanas laiks: 22. novembris 2021
