Συμπληρώστε την παρακάτω φόρμα και θα σας στείλουμε email με την έκδοση PDF των "Νέων βελτιώσεων τεχνολογίας για τη μετατροπή του διοξειδίου του άνθρακα σε υγρό καύσιμο"
Το διοξείδιο του άνθρακα (CO2) είναι το προϊόν της καύσης ορυκτών καυσίμων και του πιο συνηθισμένου αερίου θερμοκηπίου, το οποίο μπορεί να μετατραπεί σε χρήσιμα καύσιμα με βιώσιμο τρόπο. Ένας υποσχόμενος τρόπος για τη μετατροπή των εκπομπών CO2 σε πρώτη ύλη καυσίμου είναι μια διαδικασία που ονομάζεται ηλεκτροχημική μείωση. Αλλά για να είναι εμπορικά βιώσιμο, η διαδικασία πρέπει να βελτιωθεί για να επιλέξει ή να παράγει πιο επιθυμητά προϊόντα πλούσιων σε άνθρακα. Τώρα, όπως αναφέρθηκε στο περιοδικό Nature Energy, το Εθνικό Εργαστήριο Lawrence Berkeley (Berkeley Lab) έχει αναπτύξει μια νέα μέθοδο για τη βελτίωση της επιφάνειας του καταλύτη χαλκού που χρησιμοποιείται για την βοηθητική αντίδραση, αυξάνοντας έτσι την εκλεκτικότητα της διαδικασίας.
"Αν και γνωρίζουμε ότι ο χαλκός είναι ο καλύτερος καταλύτης για αυτήν την αντίδραση, δεν παρέχει υψηλή επιλεκτικότητα για το επιθυμητό προϊόν", δήλωσε ο Αλέξης, ανώτερος επιστήμονας στο Τμήμα Χημικών Επιστημών στο Berkeley Lab και καθηγητής χημικών μηχανικών στο Πανεπιστήμιο της Καλιφόρνια, Berkeley. Ο Spell είπε. "Η ομάδα μας διαπίστωσε ότι μπορείτε να χρησιμοποιήσετε το τοπικό περιβάλλον του καταλύτη για να κάνετε διάφορα κόλπα για να παρέχετε αυτό το είδος επιλεκτικότητας".
Σε προηγούμενες μελέτες, οι ερευνητές έχουν καθιερώσει ακριβείς συνθήκες για να παρέχουν το καλύτερο ηλεκτρικό και χημικό περιβάλλον για τη δημιουργία προϊόντων πλούσια σε άνθρακα με εμπορική αξία. Αλλά αυτές οι συνθήκες είναι αντίθετες με τις συνθήκες που φυσικά εμφανίζονται σε τυπικά κύτταρα καυσίμου χρησιμοποιώντας αγώγιμα υλικά με βάση το νερό.
Προκειμένου να προσδιοριστεί ο σχεδιασμός που μπορεί να χρησιμοποιηθεί στο περιβάλλον νερού κυψελών καυσίμου, ως μέρος του έργου του Κέντρου Ενέργειας καινοτομίας του Υπουργείου Ενεργειακής Sunshine Alliance, ο Bell και η ομάδα του στράφηκαν σε ένα λεπτό στρώμα ιονομερούς, το οποίο επιτρέπει σε ορισμένα φορτισμένα μόρια (ιόντα) να περάσουν. Εξαιρέστε άλλα ιόντα. Λόγω των εξαιρετικά επιλεκτικών χημικών ιδιοτήτων τους, είναι ιδιαίτερα κατάλληλες για την ισχυρή επίδραση στο μικροπεριβάλλον.
Ο Chanyeon Kim, μεταδιδακτορικός ερευνητής στην ομάδα Bell και ο πρώτος συγγραφέας του εγγράφου, πρότεινε να καλύψει την επιφάνεια των καταλυτών χαλκού με δύο κοινά ιονομερή, Nafion και Sustainion. Η ομάδα υποθέτει ότι αυτό θα πρέπει να αλλάξει το περιβάλλον κοντά στον καταλύτη-συμπεριλαμβανομένου του ρΗ και της ποσότητας του νερού και του διοξειδίου του άνθρακα-με κάποιο τρόπο να κατευθύνει την αντίδραση για την παραγωγή προϊόντων πλούσιων σε άνθρακα που μπορούν εύκολα να μετατραπούν σε χρήσιμες χημικές ουσίες. Προϊόντα και υγρά καύσιμα.
Οι ερευνητές εφάρμοσαν ένα λεπτό στρώμα κάθε ιονομερούς και ένα διπλό στρώμα δύο ιονομερών σε ένα φιλμ χαλκού που υποστηρίζεται από ένα πολυμερές υλικό για να σχηματίσει μια μεμβράνη, την οποία θα μπορούσαν να εισάγουν κοντά στο ένα άκρο ενός χειροκίνητου ηλεκτροχημικού κυττάρου. Κατά την έγχυση του διοξειδίου του άνθρακα στην μπαταρία και την εφαρμογή της τάσης, μέτρησαν το συνολικό ρεύμα που ρέει μέσω της μπαταρίας. Στη συνέχεια, μέτρησαν το αέριο και το υγρό που συλλέχθηκαν στην παρακείμενη δεξαμενή κατά τη διάρκεια της αντίδρασης. Για την περίπτωση δύο επιπέδων, διαπίστωσαν ότι τα προϊόντα πλούσια σε άνθρακα αντιπροσώπευαν το 80% της ενέργειας που καταναλώνεται από την αντίδραση-υψηλότερη από το 60% στην μη επικαλυμμένη περίπτωση.
"Αυτή η επίστρωση σάντουιτς παρέχει το καλύτερο και των δύο κόσμων: υψηλή επιλεκτικότητα προϊόντων και υψηλή δραστηριότητα", δήλωσε ο Bell. Η επιφάνεια διπλού στρώματος δεν είναι μόνο καλή για προϊόντα πλούσια σε άνθρακα, αλλά παράγει επίσης ένα ισχυρό ρεύμα ταυτόχρονα, υποδεικνύοντας αύξηση της δραστηριότητας.
Οι ερευνητές κατέληξαν στο συμπέρασμα ότι η βελτιωμένη ανταπόκριση ήταν το αποτέλεσμα της υψηλής συγκέντρωσης CO2 που συσσωρεύτηκε στην επικάλυψη απευθείας πάνω από τον χαλκό. Επιπλέον, αρνητικά φορτισμένα μόρια που συσσωρεύονται στην περιοχή μεταξύ των δύο ιονομερών θα παράγουν χαμηλότερη τοπική οξύτητα. Αυτός ο συνδυασμός αντισταθμίζει τις συμβιβασμούς συγκέντρωσης που τείνουν να εμφανίζονται απουσία ιονομερών φιλμ.
Προκειμένου να βελτιωθεί περαιτέρω η αποτελεσματικότητα της αντίδρασης, οι ερευνητές στράφηκαν σε μια προηγούμενη αποδεδειγμένη τεχνολογία που δεν απαιτεί μια ταινία ιονομερής ως μια άλλη μέθοδο για την αύξηση του CO2 και του pH: παλμική τάση. Εφαρμόζοντας παλμική τάση στην επικάλυψη ιονομερούς διπλού στρώματος, οι ερευνητές πέτυχαν αύξηση κατά 250% των πλούσιων σε άνθρακα προϊόντα σε σύγκριση με την μη επικαλυμμένη χαλκοσωλήνα και τη στατική τάση.
Παρόλο που ορισμένοι ερευνητές εστιάζουν το έργο τους στην ανάπτυξη νέων καταλυτών, η ανακάλυψη του καταλύτη δεν λαμβάνει υπόψη τις συνθήκες λειτουργίας. Ο έλεγχος του περιβάλλοντος στην επιφάνεια του καταλύτη είναι μια νέα και διαφορετική μέθοδος.
"Δεν καταλήξαμε σε έναν εντελώς νέο καταλύτη, αλλά χρησιμοποιήσαμε την κατανόηση της κινητικής αντίδρασης και χρησιμοποίησα αυτή τη γνώση για να μας καθοδηγήσει στο να σκεφτόμαστε πώς να αλλάξουμε το περιβάλλον του χώρου του καταλύτη", δήλωσε ο Adam Weber, ανώτερος μηχανικός. Οι επιστήμονες στον τομέα της ενεργειακής τεχνολογίας στα εργαστήρια Berkeley και συν-συγγραφέας των εγγράφων.
Το επόμενο βήμα είναι να επεκταθεί η παραγωγή επικαλυμμένων καταλυτών. Τα προκαταρκτικά πειράματα της ομάδας Berkeley Lab, τα προκαταρκτικά πειράματα της ομάδας αφορούσαν μικρά επίπεδη μοντέλα, τα οποία ήταν πολύ απλούστερα από τις πορώδεις δομές μεγάλης περιοχής που απαιτούνται για εμπορικές εφαρμογές. "Δεν είναι δύσκολο να εφαρμοστεί μια επίστρωση σε μια επίπεδη επιφάνεια, αλλά οι εμπορικές μέθοδοι μπορεί να περιλαμβάνουν επικάλυψη μικροσκοπικές μπάλες χαλκού", δήλωσε ο Bell. Η προσθήκη ενός δεύτερου στρώματος επικάλυψης γίνεται προκλητική. Μία πιθανότητα είναι να αναμίξετε και να καταθέσετε τις δύο επικαλύψεις μαζί σε έναν διαλύτη και ελπίζουμε να διαχωριστούν όταν εξατμίζεται ο διαλύτης. Τι γίνεται αν δεν το κάνουν; Ο Bell κατέληξε στο συμπέρασμα: "Απλά πρέπει να είμαστε πιο έξυπνοι". Ανατρέξτε στους Kim C, Bui JC, Luo X και άλλους. Προσαρμοσμένο μικροπεριβάλλον καταλύτη για την ηλεκτρο-μείωση των προϊόντων CO2 σε πολλαπλούς άνθρακα χρησιμοποιώντας επικάλυψη ιονομερούς διπλής στρώσης σε χαλκό. Nat Energy. 2021 · 6 (11): 1026-1034. doi: 10.1038/s41560-021-00920-8
Αυτό το άρθρο αναπαράγεται από το ακόλουθο υλικό. Σημείωση: Το υλικό μπορεί να έχει επεξεργαστεί για μήκος και περιεχόμενο. Για περισσότερες πληροφορίες, επικοινωνήστε με την αναφερόμενη πηγή.
Χρόνος δημοσίευσης: Νοέμβριος-22-2021
