Попуните доњу форму и послаћемо вам е-поштом PDF верзију текста „Нова технолошка побољшања за претварање угљен-диоксида у течно гориво“
Угљен-диоксид (CO2) је производ сагоревања фосилних горива и најчешћи гас стаклене баште, који се може поново претворити у корисна горива на одржив начин. Један обећавајући начин за претварање емисија CO2 у сировину за гориво је процес који се назива електрохемијска редукција. Али да би био комерцијално исплатив, процес је потребно побољшати како би се одабрали или произвели жељенији производи богати угљеником. Сада, како је објављено у часопису Nature Energy, Национална лабораторија Лоренс Беркли (Berkeley Lab) развила је нову методу за побољшање површине бакарног катализатора који се користи за помоћну реакцију, чиме се повећава селективност процеса.
„Иако знамо да је бакар најбољи катализатор за ову реакцију, он не пружа високу селективност за жељени производ“, рекао је Алексис, виши научник на Одељењу за хемијске науке у Беркли лабораторији и професор хемијског инжењерства на Универзитету Калифорније у Берклију. Спел је рекао. „Наш тим је открио да можете користити локално окружење катализатора да бисте извели разне трикове како бисте обезбедили ову врсту селективности.“
У претходним студијама, истраживачи су утврдили прецизне услове како би обезбедили најбоље електрично и хемијско окружење за стварање производа богатих угљеником са комерцијалном вредношћу. Али ови услови су супротни условима који се природно јављају у типичним горивним ћелијама које користе проводљиве материјале на бази воде.
Да би утврдили дизајн који се може користити у окружењу горивних ћелија са водом, као део пројекта Центра за енергетске иновације Министарства енергетике, организације Liquid Sunshine Alliance, Бел и његов тим су се окренули танком слоју јономера, који омогућава пролаз одређених наелектрисаних молекула (јона). Искључују друге јоне. Због својих високо селективних хемијских својстава, посебно су погодни за снажан утицај на микроокружење.
Чањеон Ким, постдокторски истраживач у Бел групи и први аутор рада, предложио је да се површина бакарних катализатора премаже са два уобичајена јономера, Нафионом и Сустејнионом. Тим је поставио хипотезу да би то требало да промени окружење у близини катализатора - укључујући pH и количину воде и угљен-диоксида - на неки начин како би се реакција усмерила ка стварању производа богатих угљеником који се лако могу претворити у корисне хемикалије и течна горива.
Истраживачи су нанели танак слој сваког јономера и двоструки слој два јономера на бакарни филм ослоњен на полимерни материјал како би формирали филм, који су могли да уметну близу једног краја електрохемијске ћелије обликоване у облику руке. Приликом убризгавања угљен-диоксида у батерију и примене напона, мерили су укупну струју која тече кроз батерију. Затим су мерили гас и течност сакупљене у суседном резервоару током реакције. За случај са два слоја, открили су да производи богати угљеником чине 80% енергије коју троши реакција - више од 60% у случају без премаза.
„Овај сендвич премаз пружа најбоље из оба света: високу селективност производа и високу активност“, рекао је Бел. Двослојна површина није само добра за производе богате угљеником, већ истовремено генерише јаку струју, што указује на повећање активности.
Истраживачи су закључили да је побољшани одзив резултат високе концентрације CO2 акумулиране у премазу директно на врху бакра. Поред тога, негативно наелектрисани молекули који се акумулирају у региону између два јономера произвешће нижу локалну киселост. Ова комбинација надокнађује компромисе концентрације који се обично јављају у одсуству јономерских филмова.
Да би додатно побољшали ефикасност реакције, истраживачи су се окренули претходно доказаној технологији која не захтева јономерски филм као другу методу за повећање CO2 и pH вредности: импулсни напон. Применом импулсног напона на двослојни јономерски премаз, истраживачи су постигли повећање од 250% производа богатих угљеником у поређењу са непремазаним бакром и статичким напоном.
Иако неки истраживачи усмеравају свој рад на развој нових катализатора, откриће катализатора не узима у обзир радне услове. Контрола окружења на површини катализатора је нова и другачија метода.
„Нисмо смислили потпуно нови катализатор, већ смо користили наше разумевање кинетике реакција и то знање смо користили као водич у размишљању о томе како да променимо окружење места катализатора“, рекао је Адам Вебер, виши инжењер, научник у области енергетске технологије у Беркли лабораторијама и коаутор радова.
Следећи корак је проширење производње обложених катализатора. Прелиминарни експерименти тима Беркли лабораторије укључивали су мале равне модел системе, који су били много једноставнији од порозних структура велике површине потребних за комерцијалне примене. „Није тешко нанети премаз на равну површину. Али комерцијалне методе могу укључивати премазивање ситних бакарних куглица“, рекао је Бел. Додавање другог слоја премаза постаје изазов. Једна могућност је да се два премаза помешају и нанесу заједно у растварач и надају да ће се раздвојити када растварач испари. Шта ако се то не деси? Бел је закључио: „Само морамо бити паметнији.“ Видети Ким Ц, Буи ЈЦ, Луо X и друге. Прилагођено микроокружење катализатора за електроредукцију CO2 до вишеугљеничних производа коришћењем двослојног јономерног премаза на бакру. Nat Energy. 2021;6(11):1026-1034. doi:10.1038/s41560-021-00920-8
Овај чланак је репродукован из следећег материјала. Напомена: Материјал је можда измењен по дужини и садржају. За више информација, обратите се наведеном извору.
Време објаве: 22. новембар 2021.
