Запоўніце форму ніжэй, і мы вышлем вам версію PDF "Новыя паляпшэнні тэхналогій для пераўтварэння вуглякіслага газу ў вадкае паліва"
Вуглякіслы газ (CO2) - гэта прадукт спальвання выкапнёвых відаў паліва і найбольш распаўсюджанага парніковага газу, які ўстойліва можа быць ператвораны ў карысныя віды паліва. Адзін перспектыўны спосаб пераўтварэння выкідаў CO2 у сыравіну паліва - гэта працэс, які называецца электрахімічным зніжэннем. Але, каб быць камерцыйна жыццяздольным, працэс трэба палепшыць, каб выбраць або вырабляць больш жаданых прадуктаў, багатых вугляродам. Цяпер, як паведамлялася ў часопісе Nature Energy, Нацыянальная лабараторыя Лоўрэнса Берклі (лабараторыя Берклі) распрацавала новы метад паляпшэння паверхні меднага каталізатара, які выкарыстоўваецца для дапаможнай рэакцыі, што павялічвае селектыўнасць працэсу.
"Хоць мы ведаем, што медзь з'яўляецца лепшым каталізатарам гэтай рэакцыі, яна не забяспечвае высокую селектыўнасць для патрэбнага прадукту", - сказаў Алексіс, старшы навуковец у кафедры хімічных навук у Берклі -лабараторыі і прафесар хімічнай інжынерыі Каліфарнійскага універсітэта ў Берклі. Загавор сказаў. "Наша каманда выявіла, што вы можаце выкарыстоўваць мясцовае асяроддзе каталізатара, каб зрабіць розныя хітрыкі, каб забяспечыць такую селектыўнасць".
У папярэдніх даследаваннях даследчыкі ўстанавілі дакладныя ўмовы, каб забяспечыць лепшае электрычнае і хімічнае асяроддзе для стварэння багатых вугляродам прадуктаў з камерцыйнай каштоўнасцю. Але гэтыя ўмовы супярэчаць умовам, якія, натуральна, узнікаюць у тыповых паліўных элементах, выкарыстоўваючы праводныя матэрыялы на воднай аснове.
Для таго, каб вызначыць дызайн, які можа быць выкарыстаны ў водным асяроддзі паліўных элементаў, у рамках праекта па інавацыйным цэнтры Energy Innovation ад Міністэрства энергетычнага сонечнага альянсу, Бэл і яго каманда перайшлі да тонкага пласта іёнамера, які дазваляе прайсці пэўныя зараджаныя малекулы (іёны). Выключыць іншыя іёны. З -за іх высокаселектыўных хімічных уласцівасцей яны асабліва падыходзяць для моцнага ўплыву на мікраасяроддзе.
Чаньён Кім, дактарантура ў групе Bell і першы аўтар газеты, прапанаваў пакрыць паверхню медных каталізатараў двума распаўсюджанымі іёнамамі, Nafion і Sustition. Каманда выказала здагадку, што гэта павінна змяніць навакольнае асяроддзе каля каталізатара-у тым ліку рН і колькасць вады і вуглякіслага газу-у пэўным сэнсе накіраваць рэакцыю на выраб, багатыя вугляродам, якія можна лёгка пераўтварыць у карысныя хімічныя рэчывы. Прадукты і вадкія паліва.
Даследчыкі ўжылі тонкі пласт кожнага іёнамера і двайны пласт двух іёнамераў да меднай плёнкі, пры падтрымцы палімернага матэрыялу, утвараючы плёнку, якую яны маглі б уставіць каля аднаго канца электрахімічнай клеткі ў форме рукі. Пры ўвядзенні вуглякіслага газу ў акумулятар і напружанне яны вымералі агульны ток, які праходзіць праз акумулятар. Затым яны вымералі газ і вадкасць, сабраныя ў суседнім вадаёме падчас рэакцыі. Для двухслаёвага выпадку яны выявілі, што прадукты, багатыя вугляродам, складалі 80% энергіі, спажыванай рэакцыяй-больш за 60% у выпадку без пакрыцця.
"Гэта сэндвіч -пакрыццё забяспечвае лепшае з абодвух светаў: высокую селектыўнасць прадуктаў і высокую актыўнасць", - сказаў Бэл. Паверхню з падвойным пластом карысная не толькі для прадуктаў, багатых вугляродам, але і адначасова стварае моцны ток, што сведчыць аб павелічэнні актыўнасці.
Даследчыкі прыйшлі да высновы, што палепшаная рэакцыя стала вынікам высокай канцэнтрацыі CO2, назапашанай у пакрыцці непасрэдна на медзі. Акрамя таго, негатыўна зараджаныя малекулы, якія назапашваюцца ў вобласці паміж двума іёнамі, будуць вырабляць меншую мясцовую кіслотнасць. Гэта спалучэнне кампенсуе кампрамісы канцэнтрацыі, якія, як правіла, адбываюцца пры адсутнасці іёнамерных плёнак.
Для далейшага павышэння эфектыўнасці рэакцыі даследчыкі звярнуліся да раней праверанай тэхналогіі, якая не патрабуе іёнамернай плёнкі ў якасці іншага метаду павелічэння CO2 і PH: Імпульснага напружання. Прымяняючы імпульснае напружанне да двухслаёвага пакрыцця іёнамераў, даследчыкі дасягнулі павелічэння прадуктаў, багатых вугляродам на 250% у параўнанні з медзь без пакрыцця, і статычнае напружанне.
Хоць некаторыя даследчыкі засяроджваюць сваю працу на распрацоўцы новых каталізатараў, адкрыццё каталізатара не ўлічвае ўмовы працы. Кантроль навакольнага асяроддзя на паверхні каталізатара - новы і іншы метад.
"Мы не прыдумалі зусім новага каталізатара, але выкарыстоўвалі наша разуменне кінетыкі рэакцыі і выкарысталі гэтыя веды, каб накіроўваць нас, думаючы пра тое, як змяніць навакольнае асяроддзе сайта каталізатара", - сказаў Адам Вебер, старшы інжынер. Навукоўцы ў галіне энергетычных тэхналогій у Berkeley Laboratories і суаўтарам дакументаў.
Наступным этапам з'яўляецца пашырэнне вытворчасці каталізатараў з пакрыццём. Папярэднія эксперыменты каманды Berkeley Lab былі прадугледжаны невялікімі плоскімі мадэлямі, якія былі значна прасцейшымі, чым вялікія сітаватыя структуры, неабходныя для камерцыйных прыкладанняў. "Не складана нанесці пакрыццё на роўнай паверхні. Але камерцыйныя метады могуць уключаць пакрыццё малюсенькімі меднымі шарыкамі", - сказаў Бэл. Даданне другога пласта пакрыцця становіцца складаным. Адной з магчымасцей з'яўляецца змешванне і ўкладванне двух пакрыццяў разам у растваральніку і спадзявацца, што яны аддзяляюцца, калі растваральнік выпараецца. Што рабіць, калі яны гэтага не робяць? Бэл прыйшоў да высновы: "Мы проста павінны быць разумнейшымі". Звярніцеся да Kim C, Bui JC, Luo X і іншых. Індывідуальнае мікраасяроддзе каталізатара для электраадукацыі CO2 да шматгабоначных прадуктаў з выкарыстаннем двухслаёвага іёнамернага пакрыцця на медзі. Nat Energy. 2021; 6 (11): 1026-1034. doi: 10.1038/s41560-021-00920-8
Гэты артыкул прайграваецца з наступнага матэрыялу. Заўвага: Матэрыял, магчыма, быў адрэдагаваны для даўжыні і зместу. Для атрымання дадатковай інфармацыі, калі ласка, звяжыцеся з цытаванай крыніцай.
Час паведамлення: 22-2021
