Fyll i formuläret nedan så skickar vi e -post till PDF -versionen av "Nya teknikförbättringar för att omvandla koldioxid till flytande bränsle"
Koldioxid (CO2) är produkten av brinnande fossila bränslen och den vanligaste växthusgasen, som kan omvandlas tillbaka till användbara bränslen på ett hållbart sätt. Ett lovande sätt att omvandla koldioxidutsläpp till bränslematerial är en process som kallas elektrokemisk reduktion. Men för att vara kommersiellt hållbar måste processen förbättras för att välja eller producera mer önskade kolrika produkter. Som rapporterats i tidskriften Nature Energy har Lawrence Berkeley National Laboratory (Berkeley Lab) utvecklat en ny metod för att förbättra ytan på kopparkatalysatorn som används för hjälpreaktionen och därmed öka selektiviteten i processen.
"Även om vi vet att koppar är den bästa katalysatorn för denna reaktion, ger den inte hög selektivitet för den önskade produkten," sade Alexis, en seniorforskare vid avdelningen för kemiska vetenskaper vid Berkeley Lab och professor i kemiteknik vid University of California, Berkeley. Stava sa. "Vårt team fann att du kan använda den lokala miljön i katalysatorn för att göra olika trick för att ge denna typ av selektivitet."
I tidigare studier har forskare fastställt exakta förhållanden för att ge den bästa elektriska och kemiska miljön för att skapa kolrika produkter med kommersiellt värde. Men dessa förhållanden strider mot de förhållanden som naturligtvis förekommer i typiska bränsleceller med vattenbaserade ledande material.
För att bestämma designen som kan användas i bränslecellvattensmiljön, som en del av Energy Innovation Center -projektet från Ministry of Energy's Liquid Sunshine Alliance, vände Bell och hans team till ett tunt lager av Ionomer, vilket gör att vissa laddade molekyler (joner) kan passera igenom. Utesluter andra joner. På grund av deras mycket selektiva kemiska egenskaper är de särskilt lämpliga för att ha en stark inverkan på mikromiljön.
Chanyeon Kim, en postdoktorell forskare i Bell -gruppen och den första författaren till tidningen, föreslog att belägga ytan på kopparkatalysatorer med två vanliga jonomerer, nafion och hållning. Teamet ansåg att detta borde förändra miljön nära katalysatorn-inklusive pH och mängden vatten och koldioxid-på något sätt att styra reaktionen för att producera kolrika produkter som lätt kan omvandlas till användbara kemikalier. Produkter och flytande bränslen.
Forskarna använde ett tunt skikt av varje jonomer och ett dubbelskikt av två jionomerer på en kopparfilm som stöds av ett polymermaterial för att bilda en film, som de kunde sätta in nära ena änden av en handformad elektrokemisk cell. När de injicerade koldioxid i batteriet och applicerade spänningen, mätte de den totala strömmen som strömmade genom batteriet. Sedan mätte de gasen och vätskan som samlades in i den angränsande behållaren under reaktionen. För tvåskiktsfallet fann de att kolrika produkter stod för 80% av energin som konsumeras av reaktionen-högre än 60% i det obelagda fallet.
"Denna smörgåsbeläggning ger det bästa från båda världarna: hög produktselektivitet och hög aktivitet," sade Bell. Dubbelskiktsytan är inte bara bra för kolrika produkter, utan genererar också en stark ström samtidigt, vilket indikerar en ökning av aktiviteten.
Forskarna drog slutsatsen att det förbättrade svaret var resultatet av den höga CO2 -koncentrationen som samlades i beläggningen direkt ovanpå koppar. Dessutom kommer negativt laddade molekyler som ackumuleras i området mellan de två jionomererna att ge lägre lokal surhet. Denna kombination kompenserar koncentrationens avvägningar som tenderar att inträffa i frånvaro av Ionomer-filmer.
För att ytterligare förbättra reaktionens effektivitet vände sig forskarna till en tidigare beprövad teknik som inte kräver en jonomerfilm som en annan metod för att öka CO2 och pH: pulserad spänning. Genom att applicera pulserad spänning på den dubbelskiktsjonomerbeläggningen uppnådde forskarna en 250% ökning av kolrika produkter jämfört med obelagd koppar och statisk spänning.
Även om vissa forskare fokuserar sitt arbete på utvecklingen av nya katalysatorer, tar upptäckten av katalysatorn inte hänsyn till driftsförhållandena. Att kontrollera miljön på katalysatorytan är en ny och annan metod.
"Vi kom inte med en helt ny katalysator, men använde vår förståelse för reaktionskinetik och använde denna kunskap för att vägleda oss när vi tänkte på hur man kan ändra miljön på katalysatorplatsen," sa Adam Weber, senioringenjör. Forskare inom energitekniken vid Berkeley Laboratories och medförfattare till papper.
Nästa steg är att utöka produktionen av belagda katalysatorer. Berkeley Lab-teamets preliminära experiment involverade små platta modellsystem, som var mycket enklare än de stora porösa strukturerna som krävs för kommersiella tillämpningar. "Det är inte svårt att applicera en beläggning på en plan yta. Men kommersiella metoder kan innebära beläggning av små kopparbollar," sade Bell. Att lägga till ett andra lager beläggning blir utmanande. En möjlighet är att blanda och avsätta de två beläggningarna i ett lösningsmedel och hoppas att de separerar när lösningsmedlet förångas. Vad händer om de inte gör det? Bell drog slutsatsen: "Vi behöver bara vara smartare." Se Kim C, Bui JC, Luo X och andra. Anpassade katalysatormikro-miljöer för elektroreduktion av CO2 till multi-kolprodukter med dubbelskiktsjonomerbeläggning på koppar. Nat Energy. 2021; 6 (11): 1026-1034. doi: 10.1038/s41560-021-00920-8
Den här artikeln återges från följande material. Obs: Materialet kan ha redigerats för längd och innehåll. För mer information, vänligen kontakta den citerade källan.
Posttid: nov 22-2021
