Запоўніце форму ніжэй, і мы вышлем вам па электроннай пошце PDF-версію «Новыя тэхналагічныя ўдасканаленні для пераўтварэння вуглякіслага газу ў вадкае паліва»
Вуглякіслы газ (CO2) з'яўляецца прадуктам спальвання выкапнёвага паліва і найбольш распаўсюджаным парніковым газам, які можа быць ператвораны назад у карыснае паліва ўстойлівым чынам. Адным з перспектыўных спосабаў пераўтварэння выкідаў CO2 у паліўную сыравіну з'яўляецца працэс, які называецца электрахімічным аднаўленнем. Але каб быць камерцыйна жыццяздольным, працэс трэба палепшыць, каб выбраць або вырабляць больш жаданыя прадукты, багатыя вугляродам. Зараз, як паведамляецца ў часопісе Nature Energy, Нацыянальная лабараторыя Лоўрэнса Берклі (Berkeley Lab) распрацавала новы метад паляпшэння паверхні меднага каталізатара, які выкарыстоўваецца для дапаможнай рэакцыі, тым самым павялічыўшы селектыўнасць працэсу.
«Хоць мы ведаем, што медзь з'яўляецца лепшым каталізатарам для гэтай рэакцыі, яна не забяспечвае высокую селектыўнасць для жаданага прадукту», - сказаў Алексіс, старэйшы навуковы супрацоўнік Дэпартамента хімічных навук Лабараторыі Берклі і прафесар хімічнага машынабудавання ва Універсітэце. Каліфорнія, Берклі. Заклён сказаў. «Наша каманда выявіла, што вы можаце выкарыстоўваць мясцовае асяроддзе каталізатара, каб рабіць розныя хітрыкі, каб забяспечыць такую селектыўнасць».
У папярэдніх даследаваннях даследчыкі стварылі дакладныя ўмовы для забеспячэння найлепшага электрычнага і хімічнага асяроддзя для стварэння багатых вугляродам прадуктаў камерцыйнай каштоўнасці. Але гэтыя ўмовы супярэчаць умовам, якія натуральна ўзнікаюць у тыповых паліўных элементах з выкарыстаннем правадзячых матэрыялаў на воднай аснове.
Для таго, каб вызначыць канструкцыю, якую можна выкарыстоўваць у водным асяроддзі паліўных элементаў, у рамках праекта Цэнтра энергетычных інавацый Міністэрства энергетыкі Liquid Sunshine Alliance, Бэл і яго каманда звярнуліся да тонкага пласта іанамера, які дазваляе пэўным зарадам малекулы (іёны), каб прайсці праз. Выключыць іншыя іёны. Дзякуючы сваім высокаселективным хімічным уласцівасцям яны асабліва прыдатныя для моцнага ўздзеяння на мікраасяроддзе.
Чаньён Кім, дактарант групы Бэла і першы аўтар артыкула, прапанаваў пакрыць паверхню медных каталізатараў двума распаўсюджанымі іонамерамі, нафіёнам і сустейніёнам. Каманда выказала здагадку, што гэта павінна змяніць навакольнае асяроддзе побач з каталізатарам, у тым ліку pH і колькасць вады і вуглякіслага газу, каб накіраваць рэакцыю на атрыманне багатых вугляродам прадуктаў, якія можна лёгка ператварыць у карысныя хімічныя рэчывы. Прадукты і вадкае паліва.
Даследчыкі нанеслі тонкі пласт кожнага іонамера і двайны пласт з двух іонамераў на медную плёнку, падмацаваную палімерным матэрыялам, каб сфармаваць плёнку, якую яны маглі ўставіць каля аднаго канца электрахімічнай ячэйкі ў форме рукі. Пры ўпырску вуглякіслага газу ў батарэю і падачы напружання яны вымералі агульны ток, які праходзіць праз батарэю. Затым яны вымералі газ і вадкасць, сабраныя ў суседнім рэзервуары падчас рэакцыі. Для двухслаёвага выпадку яны выявілі, што багатыя вугляродам прадукты складаюць 80% энергіі, якая спажываецца ў выніку рэакцыі - больш за 60% у выпадку без пакрыцця.
«Гэта сэндвіч-пакрыццё забяспечвае лепшае з абодвух светаў: высокую селектыўнасць прадукту і высокую актыўнасць», - сказаў Бэл. Двухслаёвая паверхня не толькі добрая для багатых вугляродам прадуктаў, але і адначасова стварае моцны ток, што сведчыць аб павышэнні актыўнасці.
Даследчыкі прыйшлі да высновы, што паляпшэнне рэакцыі было вынікам высокай канцэнтрацыі CO2, назапашанай у пакрыцці непасрэдна на вяршыні медзі. Акрамя таго, адмоўна зараджаныя малекулы, якія назапашваюцца ў вобласці паміж двума іонамерамі, будуць ствараць больш нізкую лакальную кіслотнасць. Гэтая камбінацыя кампенсуе канцэнтрацыйныя кампрамісы, якія звычайна ўзнікаюць пры адсутнасці іонамерных плёнак.
Каб яшчэ больш павысіць эфектыўнасць рэакцыі, даследчыкі звярнуліся да раней праверанай тэхналогіі, якая не патрабуе іяномернай плёнкі ў якасці іншага метаду павышэння CO2 і pH: імпульснае напружанне. Прыклаўшы імпульснае напружанне да двухслаёвага іонамернага пакрыцця, даследчыкі дасягнулі павелічэння на 250% багатых вугляродам прадуктаў у параўнанні з меддзю без пакрыцця і статычным напругай.
Хоць некаторыя даследчыкі засяроджваюць сваю працу на распрацоўцы новых каталізатараў, адкрыццё каталізатара не ўлічвае ўмоў эксплуатацыі. Кантроль навакольнага асяроддзя на паверхні каталізатара - новы і іншы метад.
«Мы не прыдумалі цалкам новы каталізатар, але выкарысталі наша разуменне кінетыкі рэакцыі і выкарыстоўвалі гэтыя веды, каб накіраваць нас у разважанні аб тым, як змяніць асяроддзе каталізатара», - сказаў Адам Вэбер, старшы інжынер. Навукоўцы ў галіне энергетычных тэхналогій у лабараторыях Берклі і сааўтар прац.
На чарзе - пашырэнне вытворчасці каталізатараў з пакрыццём. Папярэднія эксперыменты каманды лабараторыі Берклі ўключалі ў сябе невялікія плоскія мадэльныя сістэмы, якія былі нашмат прасцей, чым порыстыя структуры вялікай плошчы, неабходныя для камерцыйнага прымянення. «Нанесці пакрыццё на роўную паверхню не складана. Але камерцыйныя метады могуць уключаць пакрыццё малюсенькіх медных шарыкаў», — сказаў Бэл. Даданне другога пласта пакрыцця становіцца складанай задачай. Адна з магчымасцей - змяшаць і нанесці два пакрыцця ў растваральнік і спадзявацца, што яны аддзяляцца, калі растваральнік выпарыцца. Што рабіць, калі яны гэтага не робяць? Бэл заключыў: «Нам проста трэба быць разумнейшымі». Звярніцеся да Kim C, Bui JC, Luo X і іншых. Спецыялізаванае мікраасяроддзе каталізатара для электрааднаўлення CO2 у шматвугляродныя прадукты з выкарыстаннем двухслаёвага іонамернага пакрыцця на медзі. Нац энергія. 2021;6(11):1026-1034. doi:10.1038/s41560-021-00920-8
Гэты артыкул прайграны з наступнага матэрыялу. Заўвага: матэрыял мог быць адрэдагаваны па даўжыні і змесце. Для атрымання дадатковай інфармацыі, калі ласка, звярніцеся да цытуемай крыніцы.
Час публікацыі: 22 лістапада 2021 г
