Punan ang form sa ibaba at i-email namin sa iyo ang PDF na bersyon ng "Mga bagong pagpapahusay sa teknolohiya upang i-convert ang carbon dioxide sa likidong gasolina"
Ang carbon dioxide (CO2) ay produkto ng nasusunog na fossil fuel at ang pinakakaraniwang greenhouse gas, na maaaring ibalik sa mga kapaki-pakinabang na panggatong sa isang napapanatiling paraan. Ang isang promising na paraan upang ma-convert ang CO2 emissions sa fuel feedstock ay isang proseso na tinatawag na electrochemical reduction. Ngunit upang maging mabubuhay sa komersyo, kailangang pagbutihin ang proseso upang pumili o makagawa ng mas gustong mga produktong mayaman sa carbon. Ngayon, tulad ng iniulat sa journal Nature Energy, ang Lawrence Berkeley National Laboratory (Berkeley Lab) ay nakabuo ng isang bagong paraan upang mapabuti ang ibabaw ng tansong katalista na ginagamit para sa pandiwang pantulong na reaksyon, at sa gayon ay pinapataas ang pagpili ng proseso.
"Bagaman alam namin na ang tanso ay ang pinakamahusay na katalista para sa reaksyong ito, hindi ito nagbibigay ng mataas na selectivity para sa nais na produkto," sabi ni Alexis, isang senior scientist sa Department of Chemical Sciences sa Berkeley Lab at isang propesor ng chemical engineering sa Unibersidad. ng California, Berkeley. Sabi ni Spell. "Natuklasan ng aming koponan na maaari mong gamitin ang lokal na kapaligiran ng catalyst upang gumawa ng iba't ibang mga trick upang magbigay ng ganitong uri ng pagpili."
Sa mga nakaraang pag-aaral, ang mga mananaliksik ay nagtatag ng mga tiyak na kundisyon upang magbigay ng pinakamahusay na kapaligirang elektrikal at kemikal para sa paglikha ng mga produktong mayaman sa carbon na may komersyal na halaga. Ngunit ang mga kundisyong ito ay salungat sa mga kondisyon na natural na nangyayari sa mga tipikal na fuel cell gamit ang water-based na conductive na materyales.
Upang matukoy ang disenyo na maaaring magamit sa kapaligiran ng tubig ng fuel cell, bilang bahagi ng proyekto ng Energy Innovation Center ng Liquid Sunshine Alliance ng Ministry of Energy, si Bell at ang kanyang koponan ay bumaling sa isang manipis na layer ng ionomer, na nagbibigay-daan sa ilang partikular na sisingilin. mga molekula (ions) na dadaan. Ibukod ang iba pang mga ion. Dahil sa kanilang mataas na pumipili na mga katangian ng kemikal, ang mga ito ay partikular na angkop para sa pagkakaroon ng malakas na epekto sa microenvironment.
Si Chanyeon Kim, isang postdoctoral researcher sa Bell group at ang unang may-akda ng papel, ay iminungkahi na pahiran ang ibabaw ng mga tansong catalyst na may dalawang karaniwang ionomer, Nafion at Sustainion. Ipinagpalagay ng koponan na ang paggawa nito ay dapat baguhin ang kapaligiran na malapit sa katalista-kabilang ang pH at ang dami ng tubig at carbon dioxide-sa ilang paraan upang idirekta ang reaksyon upang makagawa ng mga produktong mayaman sa carbon na madaling ma-convert sa mga kapaki-pakinabang na kemikal. Mga produkto at likidong panggatong.
Inilapat ng mga mananaliksik ang isang manipis na layer ng bawat ionomer at isang double layer ng dalawang ionomer sa isang tansong pelikula na sinusuportahan ng isang polymer na materyal upang bumuo ng isang pelikula, na maaari nilang ipasok malapit sa isang dulo ng isang hugis-kamay na electrochemical cell. Kapag nag-inject ng carbon dioxide sa baterya at nag-aaplay ng boltahe, sinukat nila ang kabuuang kasalukuyang dumadaloy sa baterya. Pagkatapos ay sinukat nila ang gas at likido na nakolekta sa katabing reservoir sa panahon ng reaksyon. Para sa dalawang-layer na kaso, nalaman nila na ang mga produktong mayaman sa carbon ay umabot sa 80% ng enerhiya na natupok ng reaksyon-mas mataas sa 60% sa hindi naka-coated na kaso.
"Ang sandwich coating na ito ay nagbibigay ng pinakamahusay sa parehong mundo: mataas na pagpili ng produkto at mataas na aktibidad," sabi ni Bell. Ang double-layer na ibabaw ay hindi lamang mabuti para sa mga produktong mayaman sa carbon, ngunit bumubuo rin ng malakas na agos sa parehong oras, na nagpapahiwatig ng pagtaas ng aktibidad.
Napagpasyahan ng mga mananaliksik na ang pinabuting tugon ay resulta ng mataas na konsentrasyon ng CO2 na naipon sa patong nang direkta sa ibabaw ng tanso. Bilang karagdagan, ang mga molekula na may negatibong sisingilin na nag-iipon sa rehiyon sa pagitan ng dalawang ionomer ay magbubunga ng mas mababang lokal na kaasiman. Binabawi ng kumbinasyong ito ang mga trade-off sa konsentrasyon na malamang na mangyari sa kawalan ng mga pelikulang ionomer.
Upang higit pang mapabuti ang kahusayan ng reaksyon, ang mga mananaliksik ay bumaling sa isang dating napatunayang teknolohiya na hindi nangangailangan ng isang ionomer film bilang isa pang paraan upang mapataas ang CO2 at pH: pulsed voltage. Sa pamamagitan ng paglalapat ng pulsed boltahe sa double-layer na ionomer coating, nakamit ng mga mananaliksik ang 250% na pagtaas sa mga produktong mayaman sa carbon kumpara sa uncoated na tanso at static na boltahe.
Kahit na ang ilang mga mananaliksik ay nakatuon sa kanilang trabaho sa pagbuo ng mga bagong catalyst, ang pagtuklas ng catalyst ay hindi isinasaalang-alang ang mga kondisyon ng operating. Ang pagkontrol sa kapaligiran sa ibabaw ng catalyst ay isang bago at ibang paraan.
"Hindi kami nakabuo ng isang ganap na bagong katalista, ngunit ginamit ang aming pag-unawa sa mga kinetika ng reaksyon at ginamit ang kaalamang ito upang gabayan kami sa pag-iisip kung paano baguhin ang kapaligiran ng site ng katalista," sabi ni Adam Weber, isang senior engineer. Mga siyentipiko sa larangan ng teknolohiya ng enerhiya sa Berkeley Laboratories at co-author ng mga papeles.
Ang susunod na hakbang ay upang palawakin ang produksyon ng mga coated catalysts. Kasama sa mga paunang eksperimento ng pangkat ng Berkeley Lab ang maliliit na flat model system, na mas simple kaysa sa malalaking porous na istruktura na kinakailangan para sa mga komersyal na aplikasyon. “Hindi mahirap maglagay ng coating sa flat surface. Ngunit ang mga komersyal na pamamaraan ay maaaring may kasamang patong ng maliliit na bola ng tanso, "sabi ni Bell. Ang pagdaragdag ng pangalawang layer ng coating ay nagiging mahirap. Ang isang posibilidad ay paghaluin at ideposito ang dalawang coatings nang magkasama sa isang solvent, at umaasa na sila ay maghihiwalay kapag ang solvent ay sumingaw. Paano kung wala sila? Nagtapos si Bell: "Kailangan lang nating maging mas matalino." Sumangguni sa Kim C, Bui JC, Luo X at iba pa. Customized catalyst microenvironment para sa electro-reduction ng CO2 sa mga multi-carbon na produkto gamit ang double-layer na ionomer coating sa tanso. Nat Energy. 2021;6(11):1026-1034. doi:10.1038/s41560-021-00920-8
Ang artikulong ito ay muling ginawa mula sa sumusunod na materyal. Tandaan: Maaaring na-edit ang materyal para sa haba at nilalaman. Para sa karagdagang impormasyon, mangyaring makipag-ugnayan sa binanggit na pinagmulan.
Oras ng post: Nob-22-2021
