Aizpildiet zemāk esošo veidlapu, un mēs jums nosūtīsim pa e -pastu “jaunu tehnoloģiju uzlabojumu PDF versiju, lai oglekļa dioksīdu pārveidotu par šķidru degvielu”
Oglekļa dioksīds (CO2) ir fosilā kurināmā un visizplatītākās siltumnīcefekta gāzu produkts, ko ilgtspējīgā veidā var pārveidot atpakaļ par noderīgu degvielu. Viens daudzsološs veids, kā CO2 emisijas pārveidot par degvielas izejvielām, ir process, ko sauc par elektroķīmisko reducēšanu. Bet, lai būtu komerciāli dzīvotspējīgs, process ir jāuzlabo, lai izvēlētos vai ražotu vēlamos ar oglekļa produktiem. Tagad, kā ziņots žurnālā Nature Energy, Lawrence Berkeley Nacionālā laboratorija (Berkeley Lab) ir izstrādājusi jaunu metodi, lai uzlabotu vara katalizatora virsmu, ko izmanto papildu reakcijai, tādējādi palielinot procesa selektivitāti.
"Lai arī mēs zinām, ka vara ir labākais šīs reakcijas katalizators, tas nenodrošina augstu selektivitāti vēlamajam produktam," sacīja Aleksis, Berkeley laboratorijas Ķīmisko zinātņu katedras vecākais zinātnieks un Kalifornijas universitātes Bērklija ķīmiskās inženierijas profesors. Burvestība teica. "Mūsu komanda atklāja, ka jūs varat izmantot katalizatora vietējo vidi, lai veiktu dažādus trikus, lai nodrošinātu šāda veida selektivitāti."
Iepriekšējos pētījumos pētnieki ir izveidojuši precīzus apstākļus, lai nodrošinātu vislabāko elektrisko un ķīmisko vidi, lai izveidotu oglekli bagātīgus produktus ar komerciālu vērtību. Bet šie apstākļi ir pretrunā ar apstākļiem, kas dabiski rodas tipiskos kurināmā šūnās, izmantojot ūdens bāzes vadošus materiālus.
Lai noteiktu dizainu, ko var izmantot degvielas šūnu ūdens vidē, kā daļu no Enerģētikas ministrijas šķidruma Sunshine Alliance Energy Innovation Center projekta, Bells un viņa komanda pagriezās pret plānu jonomēra slāni, kas ļauj iziet noteiktas uzlādētas molekulas (jonus). Izslēdz citus jonus. Sakarā ar to ļoti selektīvajām ķīmiskajām īpašībām, tās ir īpaši piemērotas, lai spēcīgi ietekmētu mikrovidi.
Chanyeon Kim, pēcdoktorantūras pētnieks Bell Group un pirmais papīra autors, ierosināja pārklāt vara katalizatoru virsmu ar diviem izplatītiem jonomēriem - Nafion un uzturēšanu. Komanda izvirzīja hipotēzi, ka šādi rīkojoties, jāmaina vide netālu no katalizatora, ieskaitot pH un ūdens un oglekļa dioksīda daudzumu-kaut kādā veidā, lai virzītu reakciju uz oglekļa produktiem, kurus var viegli pārveidot par noderīgām ķīmiskām vielām. Produkti un šķidrs degviela.
Pētnieki uz vara plēves, ko veido plēve, uzklāja katra jonomēra plānu slāni un divu divu jonomēru slāni, kuru viņi varētu ievietot rokas formas elektroķīmiskās šūnas tuvumā. Injicējot oglekļa dioksīdu akumulatorā un uzklājot spriegumu, viņi izmērīja kopējo strāvu, kas plūst caur akumulatoru. Tad viņi reakcijas laikā izmērīja gāzi un šķidrumu, kas savākts blakus esošajā rezervuārā. Divslāņu gadījumā viņi atklāja, ka ar oglekli bagāti produkti veido 80% no enerģijas, ko patērē reakcija-lielāks par 60% nepārklātā gadījumā.
"Šis sviestmaižu pārklājums nodrošina labāko no abām pasaulēm: augstu produktu selektivitāti un augstu aktivitāti," sacīja Bells. Divvietīgā virsma ir laba ne tikai produktiem, kas bagāti ar oglekli, bet arī vienlaikus rada spēcīgu strāvu, kas norāda uz aktivitātes palielināšanos.
Pētnieki secināja, ka uzlabotā reakcija bija augstas CO2 koncentrācijas rezultāts, kas uzkrāts pārklājumā tieši virs vara. Turklāt negatīvi lādētas molekulas, kas uzkrājas reģionā starp diviem jonomēriem, radīs zemāku vietējo skābumu. Šī kombinācija kompensē koncentrācijas kompromisus, kas parasti notiek, ja nav jonomēru plēvju.
Lai vēl vairāk uzlabotu reakcijas efektivitāti, pētnieki pievērsās iepriekš pierādītai tehnoloģijai, kurai nav nepieciešama jonomēra plēve kā vēl viena metode, lai palielinātu CO2 un pH: impulsa spriegumu. Izmantojot impulsa spriegumu divslāņu jonomēra pārklājumam, pētnieki sasniedza oglekļa bagātināto produktu pieaugumu par 250% salīdzinājumā ar nepārklātu vara un statisko spriegumu.
Lai arī daži pētnieki savu darbu koncentrē uz jaunu katalizatoru attīstību, katalizatora atklāšanā netiek ņemti vērā darbības apstākļi. Vides kontrole uz katalizatora virsmas ir jauna un atšķirīga metode.
"Mēs neveicām pilnīgi jaunu katalizatoru, bet izmantojām mūsu izpratni par reakcijas kinētiku un izmantojām šīs zināšanas, lai palīdzētu mums domāt par to, kā mainīt katalizatora vietas vidi," sacīja vecākais inženieris Ādams Vēbers. Berkeley Laboratories un Papers līdzautoru zinātnieki enerģijas tehnoloģiju jomā.
Nākamais solis ir paplašināt pārklāto katalizatoru ražošanu. Berkeley laboratorijas komandas provizoriskie eksperimenti ietvēra mazas plakanas modeļa sistēmas, kas bija daudz vienkāršākas nekā komerciālām lietojumprogrammām nepieciešamās lielās teritorijas struktūras. "Nav grūti uzklāt pārklājumu uz līdzenas virsmas. Bet komerciālās metodes var ietvert niecīgu vara bumbiņu pārklājumu," sacīja Bells. Otra pārklājuma slāņa pievienošana kļūst izaicinoša. Viena iespēja ir sajaukt un novietot abus pārklājumus kopā šķīdinātājā un cerēt, ka tie atdalās, 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 mikrovides CO2 elektro-reducēšanai uz vairāku oglekļa produktiem, izmantojot divslāņu jonomēru pārklājumu uz vara. Nat Energy. 2021; 6 (11): 1026-1034. doi: 10.1038/s41560-021-00920-8
Šis raksts ir reproducēts no šāda materiāla. Piezīme: Materiāls, iespējams, ir rediģēts pēc garuma un satura. Lai iegūtu papildinformāciju, lūdzu, sazinieties ar citēto avotu.
Pasta laiks: 22.-2021. Novembris
